Este documento presenta el desarrollo de un módulo didáctico para prácticas de laboratorio con detectores de proximidad para la asignatura Instrumentación Electrónica de la Universidad Industrial de Santander. El módulo incluye la selección y diseño de sensores capacitivos, inductivos, fotoeléctricos y ultrasónicos, así como los materiales y componentes requeridos. Adicionalmente, se crearon guías de laboratorio para explicar el funcionamiento y aplicaciones de cada sensor.

1. MÓDULO DIDÁCTICO PARA PRÁCTICAS DE LABORATORIO CON
DETECTORES DE PROXIMIDAD PARA LA ASIGNATURA
INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA
Autores:
ZARITH FABIOLA NIÑO CASTILLO
VICTOR EDWIN DIAZ MONROY
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, ELÉCTRONICA
Y DE TELECOMUNICACIONES
FACULTAD DE FÍSICO - MECÁNICA
BUCARAMANGA
2010

2. MÓDULO DIDÁCTICO PARA PRÁCTICAS DE LABORATORIO CON
DETECTORES DE PROXIMIDAD PARA LA ASIGNATURA
INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA
Autores:
ZARITH FABIOLA NIÑO CASTILLO
VICTOR EDWIN DIAZ MONROY
Trabajo de grado para optar el titulo de ingenieros electrónicos
Director:
ING. JOSÉ ALEJANDRO AMAYA PALACIO
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, ELÉCTRONICA
Y DE TELECOMUNICACIONES
FACULTAD DE FÍSICO - MECÁNICA
BUCARAMANGA
2010

3. 3
NOTA DE ACEPTACIÓN

4. 4

5. 5

6. 6

7. 7
AGRADECIMIENTOS
Zarith Fabiola Niño Castillo:
A Dios, mi fortaleza espiritual, quien me ha formado más que cualquier
Universidad.
A mis Padres, José Vicente Niño y Rosario Castillo, quienes me apoyaron y se
esforzaron para que lograra cumplir una meta más. Ser Profesional. Gracias por
sus oraciones, amor, palabras de aliento y motivación permanente.
A todas las personas que me quieren y estuvieron hasta el día de hoy, pendientes
de la evolución, haciéndome fuerza y enviándome las mejores energías del
mundo; especialmente a mis hermanos, Lady, Jeisson, Jonathan, Willinton y a mi
linda muñeca, Ashley.
A mi novio, Erlim Alvarado, por su paciencia y comprensión durante este proceso
de formación.
Al Ing. José Alejandro Amaya Palacio, mi asesor, quien en contra del tiempo me
apoyó y me orientó día a día, para lograr concluir este proyecto exitosamente. Por
haber confiado en mí y haberme apoyado de manera incondicional para hacer
realidad este sueño.
A mi compañero Victor Díaz por su colaboración, acompañamiento y comprensión
durante esta etapa de mi vida.

8. 8
Victor Edwin Díaz Monroy:
Agradezco a Dios por la vida y por darme las fuerzas necesarias para cumplir con
las tareas diarias.
A mis padres Victoriano Diaz Gomez y Alba Ines Monroy Guerrero por confiar
siempre en mí y apoyarme, a mis hermanas menores Liliana y Yennis Rocio Diaz
Monroy, las cuales siempre han sido un ejemplo para mí y un apoyo constante.
A nuestro director, el ingeniero José Alejandro Amaya Palacio, el cual puso su
empeño en que este proyecto nos brindara el conocimiento necesario para su
realización y de retos futuros, a mi compañera Zarith por hablarme del proyecto y
por muchas de sus recomendaciones claves durante el proceso.
A todos los docentes que con paciencia nos enseñaron las cosas que también con
tanto esfuerzo y dedicación han aprendido y en general a todos mis amigos,
amigas y personas que han estado a mi lado para apoyarme y brindarme su mano
cuando los necesité.

9. 9
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN................................................................................................. 17
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA..................................................... 19
2. JUSTIFICACIÓN..................................................................................... 20
3. OBJETIVOS............................................................................................ 21
3.1 Objetivo general...................................................................................... 21
3.2 Objetivos específicos.............................................................................. 21
3.3 Alcance................................................................................................... 22
4. DEFINICIÓN, CLASIFICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS
SENSORES......................................................................................................... 23
4.1 Sensores de medida............................................................................... 24
4.2 Sensores todo- nada............................................................................... 25
4.2.1 Salida a tres hilos. .................................................................................. 25
4.2.2 Sensores de dos hilos............................................................................. 27
4.2.3 Sensores de cuatro hilos. ....................................................................... 29
4.2.4 Sensores con salida de tipo relé............................................................. 29
4.3 Efectos ambientales................................................................................ 32
4.4 Grado de protección ambiental de los sensores industriales.................. 34
4.5 Forma de variación de la magnitud de entrada....................................... 36
4.6 Características eléctricas del sensor. ..................................................... 37
4.7 Características de aislamiento................................................................ 40
5. SENSORES CAPACITIVOS................................................................... 41
5.1 Principio de funcionamiento.................................................................... 42
5.2 Diseño blindado o diseño no blindado. ................................................... 43
5.2.1 Sonda blindada....................................................................................... 43
5.2.2 Sonda no blindada.................................................................................. 44
5.3 Consideraciones relativas al objeto. ....................................................... 45
5.4 Ventajas y desventajas de los sensores de proximidad capacitivos....... 47
5.4.1 Ventajas.................................................................................................. 47
5.4.2 Desventajas............................................................................................ 47
5.5 Aplicaciones del sensor capacitivo. ........................................................ 48
6. SENSORES INDUCTIVOS..................................................................... 51
6.1 Principio de funcionamiento.................................................................... 52
6.1.1 Efecto magnético. ................................................................................... 53
6.1.2 Efecto eléctrico. ...................................................................................... 54
6.2 Diseño blindado o no blindado................................................................ 54
6.2.1 Diseño blindado. ..................................................................................... 55
6.2.2 Diseño no blindado. ................................................................................ 55
6.3 Consideraciones de espaciado............................................................... 56
6.4 Consideraciones relativas al objeto. ....................................................... 57
6.4.1 Efectos del material del objeto................................................................ 57

10. 10
6.4.2 Efectos del tamaño y la forma del objeto................................................ 59
6.4.3 Movimiento de objetos............................................................................ 59
6.5 Ventajas y desventajas de los sensores de proximidad inductivos......... 60
6.5.1 Ventajas.................................................................................................. 60
6.5.2 Desventajas............................................................................................ 61
6.6 Aplicaciones del sensor inductivo. .......................................................... 61
7. SENSOR FOTOELÉCTRICO ................................................................. 63
7.1 Principio de funcionamiento.................................................................... 67
7.2 Margen de detección. ............................................................................. 67
7.3 Clasificación de los sensores fotoeléctricos............................................ 71
7.3.1 Sensores retrorreflectivos....................................................................... 71
7.3.2 Sensores retrorreflectivos polarizados.................................................... 72
7.3.3 Detección de haz transmitido.................................................................. 73
7.4 Ventajas de los sensores fotoeléctricos.................................................. 74
7.5 Aplicaciones De Los sensores fotoeléctricos.......................................... 76
8. SENSOR ULTRASÓNICO...................................................................... 77
8.1 Principio de funcionamiento.................................................................... 78
8.2 Consideraciones relativas al objeto. ....................................................... 79
8.3 Características de los sensores ultrasónicos.......................................... 80
8.4 Ventajas y desventajas de los sensores de proximidad ultrasónicos. .... 82
8.4.1 Ventajas.................................................................................................. 82
8.4.2 Desventajas............................................................................................ 82
8.5 Aplicaciones De Los sensores ultrasónicos............................................ 83
9. CONSTRUCCIÓN DEL MÓDULO.......................................................... 85
9.1 Selección de sensores, elementos y materiales a usar. ......................... 85
9.1.1 Listado de elementos a usar................................................................... 85
9.2 Diseño................................................................................................... 101
9.2.1 Dimensiones del módulo....................................................................... 103
10. INFORME DE RESULTADOS .............................................................. 112
10.1 Creación de las guías de laboratorio. ................................................... 112
10.2 Contenido de las guías para el módulo didáctico de sensores............. 113
10.3 Contenido especifico de cada guía....................................................... 114
11. CONCLUSIONES. ................................................................................ 117
11.1 Conclusiones objetivo general. ............................................................. 117
11.2 conclusiones objetivos especificos. ...................................................... 117
ANEXOS............................................................................................................ 123

11. 11
LISTA TABLAS
TABLA 1. SIGNIFICADO DE LAS CIFRAS DEL GRADO DE PROTECCIÓN AMBIENTAL DE
ACUERDO CON LA NORMA IEC 60529..................................................................35
TABLA 2 CONSTANTES DIELÉCTRICAS DE MATERIALES INDUSTRIALES COMUNES............46
TABLA 3 FACTORES DE CORRECCIÓN ........................................................................58
TABLA 4. SENSOR LASER. ........................................................................................87
TABLA 5. SENSOR CAPACITIVO..................................................................................89
TABLA 6. SENSOR ULTRASÓNICO..............................................................................90
TABLA 7. SENSOR INDUCTIVO. ..................................................................................93
TABLA 8. SENSOR FOTOELÉCTRICO TIPO BARRERA.....................................................95
TABLA 9. SENSOR FOTOELÉCTRICO AUTO-RÉFLEX......................................................96
TABLA 10. SENSOR FOTOELÉCTRICO RÉFLEX.............................................................97
TABLA 11. DISTANCIA A SEGÚN DIMENSIONES DE LOS CATÁLOGOS DE VENTA PARA
SENSORES FOTOELÉCTRICOS SIEMENS...........................................................107

12. 12
LISTA FIGURAS
FIGURA. 1 COMPONENTES BÁSICOS DE UN SENSOR.....................................................24
FIGURA. 2 SENSORES TODO-NADA DE TRES HILOS: A) CARGA CONECTADA AL POSITIVO DE
LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN; B) CARGA CONECTADA AL NEGATIVO DE LA FUENTE DE
ALIMENTACIÓN...................................................................................................26
FIGURA. 3 SENSORES TODO-NADA DE TRES HILOS CUYA SALIDA ESTÁ REALIZADA CON
TRANSISTORES NPN: A) CON RESISTENCIA DE CARGA; B) SIN RESISTENCIA DE
CARGA. .............................................................................................................26
FIGURA. 4 SENSORES TODO-NADA DE TRES HILOS CUYA SALIDA ESTÁ REALIZADA CON
TRANSISTORES PNP: A) CON RESISTENCIA DE CARGA; B) SIN RESISTENCIA DE CARGA.
........................................................................................................................27
FIGURA. 5 SENSORES TODO-NADA DE DOS HILOS: A) ALIMENTACIÓN EN CONTINUA; B)
ALIMENTACIÓN EN ALTERNA................................................................................28
FIGURA. 6 SENSOR TODO-NADA DE CUATRO HILOS QUE POSEE UNA SALIDA REALIZADA
CON UN TRANSISTOR PNP Y OTRA CON UN TRANSISTOR NPN. ..............................30
FIGURA. 7 SENSORES TODO-NADA DE CUATRO HILOS: A) REALIZADO CON TRANSISTORES
PNP; B) REALIZADO CON TRANSISTORES NPN.....................................................30
FIGURA. 8 DIFERENTES TIPOS DE CONTACTOS DE UN RELÉ. .........................................31
FIGURA. 9 CIRCUITO DE PROTECCIÓN ESTÁ CONSTITUIDO POR UN DIODO D EN PARALELO
CON LA CARGA...................................................................................................31
FIGURA. 10 DETERMINACIÓN DE LAS DERIVAS TÉRMICAS DEL CERO Y DEL FONDO DE
ESCALA DE UN SENSOR.......................................................................................33
FIGURA. 11 ESQUEMA DE CONEXIÓN ENTRE UN SENSOR ANALÓGICO PASIVO, LA FUENTE
DE ALIMENTACIÓN Y LA CARGA.............................................................................38
FIGURA. 12 OPERACIÓN DEL SENSOR DE PROXIMIDAD CAPACITIVO. ..............................41
FIGURA. 13 SENSORES BLINDADOS RASANTES............................................................43
FIGURA. 14 A) SONDA BLINDADA B) NO BLINDADA.......................................................44
FIGURA. 15 DISEÑO NO BLINDADO MONTADO SOBRE METAL. ........................................45
FIGURA. 16 DETECCIÓN CAPACITIVA A TRAVÉS DE UN DEPÓSITO. .................................46
FIGURA. 17 DETECCIÓN DE NIVEL A TRAVÉS DE UNA BARRERA. ....................................48
FIGURA. 18 LA DETECCIÓN DE NIVEL EN UNA TOLVA. ...................................................49
FIGURA. 19 DETECCIÓN DE PRODUCTOS A TRAVÉS DEL EMBALAJE................................50
FIGURA. 20 PROXIMIDAD INDUCTIVA TÍPICA.................................................................51
FIGURA. 21 TRANSDUCTOR INDUCTIVO SIN OBJETO A DETECTAR. .................................53
FIGURA. 22 DISTANCIA DE DETECCIÓN NOMINAL TÍPICA CON BLINDAJE O SIN BLINDAJE. ..54
FIGURA. 23 CONJUNTO DE NÚCLEO Y BOBINA DE DISEÑO A) BLINDADO B) NO BLINDADO..55
FIGURA. 24 ESPACIADO PARA SENSORES BLINDADOS CONTIGUOS Y MONTADOS UNO AL
FRENTE DEL OTRO..............................................................................................56
FIGURA. 25 ESPACIADO PARA SENSORES NO BLINDADOS CONTIGUOS Y MONTADOS UNO AL
FRENTE DEL OTRO..............................................................................................57

13. 13
FIGURA. 26 FACTORES DE CORRECCIÓN TÍPICOS. .......................................................58
FIGURA. 27 MÁQUINAS HERRAMIENTAS......................................................................61
FIGURA. 28 DETECCIÓN DE LA PRESENCIA DE UN COJINETE EN UN PISTÓN....................62
FIGURA. 29 CLASIFICACIÓN DE PIEZAS EN LÍNEA.........................................................62
FIGURA. 30 COMPONENTES DE UN SENSOR FOTOELÉCTRICO. ......................................63
FIGURA. 31 RESPUESTA ESPECTRAL..........................................................................65
FIGURA. 32 LED Y FOTODETECTOR CON Y SIN LENTES. ...............................................66
FIGURA. 33 CAMPO DE VISIÓN FRENTE A DISTANCIA DE DETECCIÓN RELATIVA................67
FIGURA. 34 CAMPO DE VISIÓN FRENTE A FACILIDAD DE ALINEACIÓN..............................68
FIGURA. 35 CONTORNO DEL HAZ. ..............................................................................69
FIGURA. 36 DISTANCIA DE DETECCIÓN. ......................................................................70
FIGURA. 37 DETECCIÓN A) RETRORREFLECTIVA B) RETRORREFLECTIVA POLARIZADA.....72
FIGURA. 38 DETECCIÓN DE RESIDUOS EN RODILLOS....................................................73
FIGURA. 39 HAZ EFECTIVO........................................................................................74
FIGURA. 40 DETECCIÓN DE DOBLE HOJA. ...................................................................76
FIGURA. 41 DETECCIÓN DE FLANCOS O BORDES MECÁNICAMENTE CONVERGENTES. ......76
FIGURA. 42 COMPONENTES DE UN SENSOR DE PROXIMIDAD ULTRASÓNICO. ..................77
FIGURA. 43 DISTANCIA DE DETECCIÓN ULTRASÓNICA. .................................................80
FIGURA. 44 ESPACIADOS DE REFERENCIA. .................................................................81
FIGURA. 45 MEDICIÓN DE DISTANCIAS, ALTURAS Y POSICIONAMIENTO DE PIEZAS. ..........83
FIGURA. 46 CONTROL DE NIVEL EN DEPÓSITOS (CONTENIDO GRANULAR O LÍQUIDO).......84
FIGURA. 47. DIMENSIONES DEL SENSOR CAPACITIVO...................................................90
FIGURA. 48. CONEXIÓN PARA SENSORES CON 3 HILOS. (NA Y NC) Y CONECTOR M12. DE
4 POLOS............................................................................................................92
FIGURA. 49. DIAGRAMA DE COLORES PARA CONEXIÓN DE 4 HILOS................................92
FIGURA. 50. VISUALIZADOR DA5-IU-2K-V. ..............................................................100
FIGURA. 51. EL MÓDULO Y SUS PARTES PRINCIPALES................................................102
FIGURA. 52. DISTANCIA DEL SENSOR ULTRASÓNICO CON RESPECTO A LA SUPERFICIE..103
FIGURA. 53. VISTA LATERAL DEL MÓDULO. (DIMENSIONES EN MM)..............................104
FIGURA. 54. DIMENSIONES DEL SENSOR ULTRASÓNICO. ............................................105
FIGURA. 55. VISTA FRONTAL DEL MÓDULO................................................................106
FIGURA. 56 DISTANCIA MÍNIMA ENTRE SENSORES FOTOELÉCTRICOS...........................107
FIGURA. 57. ZONA DE DETECCIÓN DEL SENSOR CAPACITIVO.......................................108
FIGURA. 58. DISTANCIA ENTRE SENSORES INDUCTIVOS 3RG4024-0KB00 SIEMENS.109
FIGURA. 59. DISTANCIA ENTRE SENSORES INDUCTIVOS 3RG4014-3AG01 SIEMENS.
......................................................................................................................110
FIGURA. 60 LVDT..................................................................................................123
FIGURA. 61 BOBINADO DEL LVDT. ..........................................................................124
FIGURA. 62. VOLTAJE DE SALIDA CON RESPECTO A LA POSICIÓN. ...............................125
FIGURA. 63 SOLUCIÓN DE ACONDICIONADOR DE SEÑAL LVDT CON EL AD698. ...........126
FIGURA. 64 RELACIÓN ENTRE EL DESLIZADOR Y LA REGLA DEL INDUCTOSYN LINEAL. ...127
FIGURA. 65 DETERMINACIÓN DE LA NO LINEALIDAD DE LA RESPUESTA DE UN SENSOR. .129
FIGURA. 66 REPETIBILIDAD. ....................................................................................133
FIGURA. 67 CURVAS DE RESPUESTA EN FRECUENCIA DE DOS SENSORES INDUSTRIALES
DIFERENTES. ...................................................................................................134

14. 14
FIGURA. 68 RESPUESTA TRANSITORIA DE UN SENSOR. ..............................................136
LISTA ANEXOS
ANEXO A OTROS TIPOS DE SENSORES INDUCTIVOS...................................123
ANEXO B CARACTERÍSTICAS GENERALES EN ELEMENTOS DE MEDICIÓN.
......................................................................................................................128
ANEXO C GUÍAS DE LABORATORIO.................................................................139

15. 15
RESUMEN
TÍTULO
MÓDULO DIDÁCTICO PARA PRÁCTICAS DE LABORATORIO CON DETECTORES DE
PROXIMIDAD PARA LA ASIGNATURA INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA
∗
AUTORES
ZARITH FABIOLA NIÑO CASTILLO
VICTOR EDWIN DÌAZ MONROY
PALABRAS CLAVES
Proximidad, presencia, sensor, principio de funcionamiento.
DESCRIPCIÓN
En el presente trabajo se describen las características generales acerca de algunos de los
sensores empleados en la industria para detección de presencia y proximidad, clasificándolos
según el principio de funcionamiento (Capacitivos, inductivos, ultrasónicos y fotoeléctricos) y
presentado dentro de esta clasificación la manera en la que operan cuando determinado material
con ciertas cualidades físicas (color, dimensiones, etc.) se aproxima hacia él y logra ser detectado.
De acuerdo a lo anterior se establecen ventajas y desventajas con las cuales se determinan
aplicaciones industriales para cada uno de estos sensores.
Basado en la documentación se procede a realizar el Módulo didáctico para prácticas de
laboratorio con detectores de proximidad para la asignatura Instrumentación Electrónica, proceso
que comienza con la selección de los sensores que integrarán el módulo (7 sensores de
proximidad y un sensor de distancia con función especial para detección de proximidad), teniendo
en cuenta parámetros como rangos de detección, funciones especiales, tensiones eléctricas de
alimentación e hilos de conexión para entrada y salida.
Cada sensor seleccionado cuenta con una hoja de datos en la cual se observan las
especificaciones que se deben tener en cuenta al momento de su instalación, algunas de estas
especificaciones se refieren a las distancias entre sensores y entre sensores y superficies que se
deben cumplir para el correcto funcionamiento, llegando a ser estas las que determinaron las
dimensiones del módulo didáctico.
El presente trabajo concluye con el diseño de unas guías para prácticas de laboratorio, con ellas
asegurando un mejor aprovechamiento del módulo didáctico al momento de la práctica. En donde
en la primera guía se plantea el conocimiento del módulo, la segunda aborda el análisis del
comportamiento de los sensores capacitivo e inductivo y en la tercera guía se hace énfasis en
características especiales de los sensores fotoeléctricos y ultrasónicos.
* Trabajo de grado.
** Facultad de Ingenierías Fisicomecánicas. Ingeniería Electrónica. Director José Alejandro Amaya
Palacio.

16. 16
SUMMARY
TITLE
MÓDULO DIDÁCTICO PARA PRÁCTICAS DE LABORATORIO CON DETECTORES DE
PROXIMIDAD PARA LA ASIGNATURA INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA
∗
AUTHORES
ZARITH FABIOLA NIÑO CASTILLO
VICTOR EDWIN DÌAZ MONROY**
KEY WORDS
Proximity, presence, sensors, operating principles.
DESCRIPTION
This paper describes the general characteristics about some of the sensors used by industry for
detecting presence and proximity, by classifying them according to operating principles (Capacitive,
inductive, ultrasonic and photoelectric), and by showing up in this classification the way they behave
when a specific material with certain physical qualities (color, dimensions, etc.) approaches to this
and achieves to be detected. According as above, are established advantages and disadvantages
which determine industrial applications for each one of this sensors.
Based on this data, it is carried out the "Módulo didáctico para prácticas de laboratorio con
detectores de proximidad para la asignatura Instrumentación Electrónica", this process starts by
selecting the sensors which will integrate the module (7 proximity sensors and a distance sensor
with special function to proximity detection) taking into account parameters like detections ranges,
special functions, supply electric voltages and number of input and output wires.
Every selected sensor has a datasheet, which allows the observation about specifications to take
into account in the installation. Some of these requirements refer to the distances between sensors
and sensor and surfaces that have to be considered to correct operation, becoming these which
determined the module dimensions.
This study finishes with the design of three guides for working in lab practices, assuring with
themselves a better usage of the didactic module during the practice. While the first guide stands
the knowledge of the module, the second one deals with the analysis of the behavior of capacitive
and inductive sensors and the third and last one emphasizes in special characteristics about
photoelectric and ultrasonic sensors.
* Degree work.
** Faculty physicomechanical. Electronic Engineering. Director: José Alejandro Amaya Palacio.

17. 17
INTRODUCCIÓN
En la actualidad los esfuerzos y el trabajo por desarrollar productos con mayor
rapidez y con una mayor eficacia en términos de costo nunca se detiene. Gracias
a la automatización de procesos, los fabricantes pueden lograr estos objetivos y
mantener, a la vez, niveles de calidad y confiabilidad más altos. La detección de
presencia se utiliza para monitorear, regular y controlar estos procesos; en
concreto, los sensores de presencia ayudan a comprobar que los pasos
fundamentales del proceso se realicen como es debido.
A partir de este análisis se decide realizar el Módulo didáctico para prácticas de
laboratorio con detectores de proximidad para la asignatura Instrumentación
Electrónica. En este proyecto encontrará la información que necesita sobre la
aplicación de sensores de presencia. Este documento ha sido creado para
personas encargadas del estudio de tecnologías de detección de presencia.
En este libro se combinan la teoría básica de los sensores más predominantes con
ejemplos de aplicaciones, lo cual permite comprender el concepto de estas
tecnologías además de su relación con procesos industriales generales.
En el cuarto capítulo se da inicio a la documentación teórica referente a sensores
de proximidad, dando a conocer en esté la definición y características de dichos
instrumentos como parte de procesos industriales. En donde uno de los puntos
más relevante son las normas de seguridad que le dan el grado de dispositivo
industrial. Se hace referencia además a las diferentes clases de sensores.
En los cuatro capítulos siguientes se presentan los sensores capacitivos,
inductivos, fotoeléctricos y ultrasónicos. Dando a conocer de ellos características
su principio de funcionamiento, los elementos que componen estos dispositivos,

18. 18
las ventajas y desventajas que se presentan al emplearlos en determinados
procesos, y algunas de las aplicaciones industriales. Luego de haber presentado
estos cuatro tipos de sensores se da inicio al capítulo correspondiente al diseño y
construcción del módulo.
En este capítulo se explican los pasos que se tuvieron en cuenta para la
construcción del módulo, se presentan las pautas que se siguieron al momento de
seleccionar los dispositivos que serán ubicados en su interior. Se describen en
este capítulo también las dimensiones del banco de trabajo y las características
del mismo, el material de construcción y sus cualidades.
El presente trabajo concluye con el diseño de unas prácticas de laboratorio,
asegurando un mejor aprovechamiento del módulo didáctico al momento de la
práctica y las recomendaciones pertinentes.

19. 19
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Con el fin de acercar el conocimiento por parte de los estudiantes al entorno
industrial, se está adelantando por parte de la E3T un proyecto para
implementación de una sala Con automatización totalmente integrada (Sala TIA),
como este proyecto se tramita a través del Banco de proyectos de la UIS, se
requiere ir adelantando tareas puntuales para atender necesidades inmediatas en
las diferentes asignaturas. Dentro de estas tareas se ha planteado la construcción
de este módulo didáctico con el fin de fortalecer la temática de sensores y
detectores de proximidad considerando los diferentes principios de funcionamiento
y parámetros de desempeño.
El realizar este módulo didáctico, para el laboratorio es poder brindar una
herramienta práctica con la cual se pueda llevar acabo determinadas prácticas en
las que se podrán observar por ejemplo los diferentes fenómenos que ocurren
cuando un elemento de determinado material entra en la zona detección de algún
sensor especifico. Y de esta manera contribuir con la enseñanza y servir como
material de apoyo en las asignaturas que lo requieran, además poder llegar a
conocer la manera en que participan en un determinado proceso en la industria.

20. 20
2. JUSTIFICACIÓN
La realización de este trabajo como proyecto de grado tiene como principal razón
satisfacer una necesidad presente en el laboratorio de algunas asignaturas de la
escuela ingeniería eléctrica, electrónica y telecomunicaciones ya que se encontró
que no existe hasta el momento una herramienta que permita a los estudiantes
resolver dudas y realizar prácticas en lo correspondiente a sensores de posición y
proximidad enfocados a la instrumentación.
El continuo avance de la tecnología ha generado nuevos dispositivos, los cuales
es necesario conocer, y de la mano con estos instrumentos normas que rigen su
forma de uso, por lo tanto la idea fundamental es brindar a los estudiantes una
visión hacia la industria, que tengan la experiencia, y la capacidad de optar con
bases solidas hacia la solución de un determinado problema, tomando decisiones
acertadas, basadas en el estudio de problema y la experiencia. Creemos que con
este trabajo estamos actuando en pro de esta visión. Además se busca plantear
alternativas dentro de la universidad para aquellos que buscan alguna oportunidad
en la industria.
En conclusión se vio la necesidad y se optó por resolverla, aprovechando la
experiencia obtenida hasta este momento en las diferentes asignaturas de la
carrera y la capacidad que se tiene de plantear soluciones a los problemas que se
presentan. Además se cuenta con el apoyo de la universidad para llevarlo a cabo.
Una de las cosas más importantes de este proyecto y vale la pena aclarar, que se
va a trabajar realmente con sensores industriales, los cuales al ser más costosos
serian de difícil acceso para algún estudiante.

21. 21
3. OBJETIVOS
3.1 Objetivo general.
Construir un módulo didáctico para la asignatura Instrumentación Electrónica en la
temática de sensores de proximidad. Este módulo didáctico permitirá analizar el
comportamiento de diferentes sensores, para determinar sus características y
crear una herramienta para ser usada como práctica en el laboratorio.
3.2 Objetivos específicos.
Para el cumplimiento del objetivo general del proyecto se requiere lo siguiente:
Desarrollar un documento descriptivo sobre los principios de funcionamiento de
los sensores de proximidad más utilizados en la industria, características y la
forma de utilización.
Realizar un módulo consistente en una estructura física con los sensores
seleccionados y dispositivos de visualización e identificación del estado de los
sensores.
Crear un manual de prácticas de laboratorio como referencia para la utilización
adecuada del módulo didáctico y desarrollo de experimentos para estudio de la
Asignatura Instrumentación Electrónica en la Escuela de Ingenierías Eléctrica,
Electrónica y Telecomunicaciones.

22. 22
3.3 Alcance.
En este proyecto se analizarán y clasificarán diferentes tipos de sensores de
proximidad según sus características. Estos sensores serán implementados en un
módulo con el cual se podrá analizar su respectivo comportamiento y junto con
este se entregaran una serie de guías con las cuales el usuario podrá examinar de
manera más clara cada sensor, esto ayudara a afianzar conceptos de la
asignatura Instrumentación Electrónica.

23. 23
4. DEFINICIÓN, CLASIFICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS SENSORES
Cuando se requiere medir constantemente algún tipo de comportamiento dentro
de un sistema, es necesario contar con un dispositivo que detecte ese fenómeno
y lo transmita de tal manera que otro sistema lo pueda entender y realizar alguna
acción correspondiente. Se pueden medir diferentes variables, como por ejemplo
el flujo, la presión, la luminiscencia, y muchos otros mas, aunque para el presente
trabajo, se abordarán tan solo los sensores que detectan presencia y proximidad,
sin embargo gran parte del presente trabajo, podría extrapolarse a otro tipo de
sensores.
De lo anterior se puede deducir que un sensor es un elemento que detecta cierta
variable física, y la transforma; es por esto que algunos autores le suele
denominar al sensor también como transductor, y por lo primero también detector.
Al igual que los sentidos humanos, que permiten tomar decisiones, al enviar las
sensaciones que perciben y transmiten eléctricamente hacia el cerebro, el sensor
envía señales al sistema de control y este produce una reacción propia a esta
señal. Los sensores cuentan con una etapa de detección, es decir una etapa que
es sensible a una cierta variable física, también cuenta con una etapa de
adecuación de señal, la cual hace que la señal eléctrica resultante de la medición
sea coherente, y pueda ser transmitida. La adecuación de la señal puede
realizarse según criterios del fabricante, o basado en organismos de
normalización, por ejemplo la IEC (International Electrotechnical Commission). De
manera general la estructura de un sensor es de la siguiente forma:

24. 24
Figura. 1 Componentes básicos de un sensor.
Tomada de [8] Pág. 464.
Existen sensores que pueden funcionar sin necesidad de energizar una fuente
externa, a estos dispositivos se les conoce como sensores activos o generadores
(self generating), un ejemplo de estos dispositivos son los que trabajan bajo el
efecto piezoeléctrico, los cuales al recibir presión generan una tensión
proporcional a esta presión. A los sensores que necesitan una fuente de
alimentación externa se les denomina sensores pasivos o moduladores
(Modulating).
Existen diversas formas de clasificar un sensor por ejemplo según el tipo de señal
eléctrica que generan (sensores analógicos, digitales y temporales), otra
clasificación de los sensores es según el rango de valores de la señal que
proporcionan, los sensores pueden ser de medida o todo-nada (en inglés,"On-Off")
[8] pág. 466.
4.1 Sensores de medida.
Los sensores para medición de distancia o en general los de medida pueden
detectar la presencia de objetos dentro de un determinado rango entregando a su
salida un valor correspondiente a la posición del objeto a detectar. El formato de la
salida puede ser analógico, digital o temporal. Un ejemplo de sensor de medida
puede ser un sensor de distancia en el que el movimiento de un objeto afecte una

25. 25
resistencia interna lo cual ocasiona que varíe la tensión entre sus terminales. [8]
Pág. 473.
4.2 Sensores todo- nada.
Solo detectan cuando la magnitud de entrada está por encima o por debajo de
cierto valor. Este tipo de sensores cuenta entonces a su salida con solo dos
estados encendido o apagado, uno o cero, alto o bajo, abierto o cerrado, según
como se quiera denominar cada uno de sus dos estados. Un ejemplo de un sensor
todo o nada son los finales de carrera, en los cuales el contacto del objeto
ocasiona una conmutación a la salida o un cambio de estado.
Los sensores todo-nada poseen configuraciones de salida que se presentan a
continuación: [8] Pág. 494.
4.2.1 Salida a tres hilos.
Cuenta con tres terminales de salida (1,2,3) (Figura 2) a través de dos de los hilos
se conecta la alimentación del sistema (1 y 3), y la carga se conecta entre el
terminal de salida (2) y el común (1), de tal modo que la corriente IL que va hacia
la carga tiene un valor apreciable cuando esta activo y un valor nulo de lo
contrario. Según el tipo de dispositivo a la salida, se pueden encontrar las
configuraciones de salida mostradas en la figura 4. El primer caso se puede
realizar con un sensor bipolar NPN tal como se indica en las Figuras 3a y b y el
segundo con un transistor bipolar PNP (Figura 4a y b). La resistencia R en las
configuraciones de salida de las figuras 3a y 4a garantiza una corriente mínima a
través del transistor de salida. El circuito de protección se compone del diodo D el
cual protege al sensor contra la inversión de la polaridad de la tensión de

26. 26
alimentación y el diodo zener Dz que impide que la tensión de salida se eleve por
encima del valor de la tensión de zener del mismo.
Figura. 2 Sensores todo-nada de tres hilos: a) Carga conectada al positivo de la
fuente de alimentación; b) Carga conectada al negativo de la fuente de
alimentación.
Tomada de [8] Pág. 484.
Figura. 3 Sensores todo-nada de tres hilos cuya salida está realizada con
transistores NPN: a) Con resistencia de carga; b) Sin resistencia de carga.
Tomada de [8] Pág. 485.

27. 27
Los cuatro sensores de las figuras 2 y 3 se pueden diseñar para funcionar igual
que un contacto normalmente abierto “NO” (Normally Open), o igual que un
contacto normalmente cerrados "NC" (Normally close) en el primer caso cuando el
dispositivo está inactivo la corriente no circula por la carga, y en el segundo caso
si lo hace.
En los sensores de tres hilos la corriente que circula por la fuente IS, no es la
misma que circula, por la carga, y el consumo total de corriente del sensor esta
dado por la suma de la corriente IS e IL, esta característica hace que la salida de
este sensor se pueda conectar directamente a la entrada de sistemas digitales. [8]
Pág. 484.
Figura. 4 Sensores todo-nada de tres hilos cuya salida está realizada con
transistores PNP: a) Con resistencia de carga; b) Sin resistencia de carga.
Tomada de [8] Pág. 486.
4.2.2 Sensores de dos hilos.
Como su nombre lo indica poseen solo dos terminales, por la terminal que se
conecta a la carga, se conecta también la fuente de alimentación, por lo tanto la

28. 28
corriente de la fuente de alimentación circula siempre por la carga, lo cual es uno
de los problemas de este tipo de configuración ya que sin estar activo el sensor
esta corriente de alimentación en la salida puede ser suficiente para activar cargas
que requieran de poca corriente a la entrada como en el caso de autómatas
programables, aunque se pueden conectar a relés ya que estos si requieren de
corrientes más altas para activarse. [8] Pág. 488.
"Los sensores de dos hilos pueden emplearse para ser alimentados en continua o
en alterna. En la Figura 5a se presenta el circuito típico de salida de un sensor de
dos hilos alimentado en continua en el que el transistor T no alcanza la saturación
cuando se activa. De esta forma la tensión entre su colector y su emisor mantiene
alimentado el sensor. En la Figura 5b se representa el circuito de salida de un
sensor de dos hilos que se alimenta en alterna a través de un puente rectificador.
El tiristor constituye el elemento conmutador accionado por el sensor, mientras
que el diodo zener Dz mantiene la tensión de alimentación del sensor en el nivel
adecuado para su funcionamiento cuando conduce el tiristor. " [8] Pág. 488.
Figura. 5 Sensores todo-nada de dos hilos: a) Alimentación en continua; b)
Alimentación en alterna.
Tomada de [8] Pág. 489.

29. 29
4.2.3 Sensores de cuatro hilos.
Posee dos hilos de salida los cuales se pueden configurar para trabajar como
contacto normalmente abierto ó contacto normalmente cerrado, de la misma forma
que con los sensores con salida a 3 hilos. En la figura 6 se observan estas
configuraciones NC y NO con transistores PNP y NPN en diferentes dispositivos, y
en la figura 7 con transistores PNP y NPN, en el mismo dispositivo. [8] Pág. 488.
4.2.4 Sensores con salida de tipo relé.
Una salida tipo relé son contactos libres de potencial que pueden estar en posición
NO, o NC, cuando el sensor está inactivo, y cambia de posición cuando se activa.
Si se presenta solo una de las dos combinaciones se conoce como SPST (Single
Pole Single Trhough) y se les agrega las siglas NA o NC, dependiendo del estado
de los terminales cuando el sensor está inactivo. Si la conmutación causa
conexión a un punto y desconexión de otro, se denomina SPDT (Single Pole
Double Trhough). Si la conmutación se presenta al mismo tiempo es en dos
terminales se le conoce como DPST (Double Pole Single Trhough) y se les
adiciona las siglas NA o NC, dependiendo del estado, igual que en el caso
anterior. En el caso en que la conmutación desconecte y conecte la carga a
puntos distintos simultáneamente se conoce como DPDT (Double Pole Double
Trhough), en la figura 8 se pueden observar las configuraciones descritas. [8] Pág.
492.

30. 30
Figura. 6 Sensor todo-nada de cuatro hilos que posee una salida realizada con un
transistor PNP y otra con un transistor NPN.
Tomada de [8] Pág. 491.
Figura. 7 Sensores todo-nada de cuatro hilos: a) Realizado con transistores PNP;
b) Realizado con transistores NPN.
Tomada de [8] Pág. 490.

31. 31
Figura. 8 Diferentes tipos de contactos de un relé.
Tomada de [8] Página 492.
Otra característica importante de este tipo de sensores es que permite la conexión
de carga tanto en alterna como en continua. Si la carga es inductiva es necesario
proteger el contacto mediante una red RC o un diodo libre de circulación, como se
muestra en la Figura 9. Si la carga es una lámpara de filamento se debe tener en
cuenta la máxima corriente que la atraviesa cuando el filamento esta frio.
Figura. 9 Circuito de protección está constituido por un diodo D en paralelo con la
carga.
Tomada de [8] Pág. 340.

32. 32
4.3 Efectos ambientales.
Existen efectos del entorno que pueden causar que el elemento de medición se
comporte de manera diferente a la de su correcto funcionamiento, estos efectos se
pueden calcular e incluso algunos dispositivos ya traen incorporado diferentes
maneras para compensar estos efectos dentro de ciertos rangos.
Efectos térmicos: Existen temperaturas que pueden causar mal funcionamiento o
incluso daños en el dispositivo, por lo tanto se debe garantizar que el sensor
trabaje dentro del rango de temperaturas establecido por el fabricante.
En algunos sensores los efectos de la temperatura se especifican solamente como
deriva térmica del cero y deriva térmica de la sensibilidad, que ocasionan,
respectivamente, un desplazamiento paralelo y un cambio en la pendiente de la
curva de calibración.
La deriva térmica del cero se puede explicar de la manera siguiente, un sensor
cuya magnitud de entrada es cero su salida deberá ser cero, o el valor que
represente esta salida, por ejemplo en sensores con salida de voltaje entre 1 y 5 V
debería ser de 1V, siempre que se mantenga la misma temperatura. Por lo tanto la
variación de la salida con respecto a una variación de temperatura entre un rango
del sensor sin carga se conoce como deriva térmica y puede observarse en la
grafica 10. [8] Pág. 503.

33. 33
Figura. 10 Determinación de las derivas térmicas del cero y del fondo de escala
de un sensor.
Tomada de [8] Página 505.
Efectos de la aceleración y las vibraciones: Estos efectos se presentan cuando
el sensor está sometido a efectos de aceleración frecuente o entornos con
vibraciones, por lo tanto es necesario conocer las consecuencias en el
funcionamiento de un dispositivo sometido a un ambiente de este tipo para
calcular el máximo error de aceleración, el cual es la diferencia máxima entre los
valores de la salida obtenidos cuando el sensor está sometido a un rango de
aceleraciones y en condiciones sin aceleración.
Efecto de la presión ambiental: Igual que en los casos anteriores existe una
variación máxima de la salida cuando el sensor está sometido a diferentes
cambios de presión.
Efectos de las perturbaciones eléctricas: Las variaciones en la red eléctrica
pueden causar perturbaciones superpuestas en la salida del dispositivo. Ejemplos

34. 34
de este tipo de perturbaciones se presentan por causa del ruido eléctrico,
transitorios de conmutación, ondas de radio, entre otros.
4.4 Grado de protección ambiental de los sensores industriales.
Para que el sensor opere bajo ciertos entornos industriales en donde se presentan
factores como humedad, polvo, u otro factor que pudiera deteriorar o dañar el
dispositivo, es necesario que cumpla con ciertas normas establecidas entidades
internacionales. Entre ellas se destaca la Comisión Electrotécnica Internacional o
en ingles International Electrotechnical Commission (IEC), perteneciente a la ISO
(Organización Internacional de Normalización), que tiene la responsabilidad
principal de establecer normas electrotécnicas, debido a lo cual muchas de las
normas desarrolladas por ella tienen su equivalente en otras organizaciones, como
por ejemplo, DIN, CENELEC, y UNE. Las normas que se especifican para la
protección del sensor no pueden ser usadas para garantizar la seguridad en áreas
explosivas.
"El grado de protección ambiental o sellado se simboliza mediante las siglas IP
(Ingress Protection) seguidas de dos cifras. La primera cifra indica el grado de
protección frente al contacto y entrada de cuerpos sólidos externos y la segunda
cifra el grado de protección frente a líquidos. Cuanto más alto es el número de la
primera y la segunda cifra, mayor es el grado de protección del sensor. Por
ejemplo un grado de protección ambiental o de sellado IP55 encierra a todos los
grados inferiores, tales como IP22, IP23, IP54, por citar algunos de los más
utilizados". [8] Pág. 503.

35. 35
Tabla 1. Significado de las cifras del grado de protección ambiental de acuerdo
con la norma IEC 60529.
1ª cifra Grado de protección 2ª cifra Grado de protección
0
El equipo no está protegido contra la
entrada de cuerpos sólidos externos.
0
Sin protección.
1
Protección contra la entrada de cuerpo
sólidos externos grandes (mayores de
50 mm de diámetro).
1
Protección contra la condensación
de gotas de agua.
2
Protección contra la entrada de
cuerpos sólidos externos de tamaño
medio (mayores de 12 mm de
diámetro).
2
Protección contra gotas de líquido;
la caída de gotas de liquido no
tiene efectos perjudiciales si la
carcasa tiene una inclinación de
hasta 15° desde la vertical.
3
Protección contra la entrada de
cuerpos sólidos externos mayores de
2.5 mm de diámetro.
3
Protección contra lluvia o agua en
forma de lluvia, para un ángulo
menor o igual a 60° con respecto a
la vertical.
4
Protección contra la entrada de
cuerpos sólidos externos pequeños
(mayores de 1 mm de diámetro).
4
Protección contra salpicaduras de
líquido en cualquier dirección
5
Protección contra depósitos
perjudiciales de polvo. La entrada de
polvo no se evita totalmente, pero este
no puede entrar en cantidades
suficientes para interferir el adecuado
funcionamiento del equipo.
5
Protección contra chorros de agua.
El agua no produce efectos
perjudiciales cuando es
proyectada por un inyector en
cualquier dirección bajo
condiciones especificadas.
6
Protección contra la entrada de polvo.
Protección total frente al contacto con
partes móviles situadas dentro de la
carcasa.
6
Protección contra condiciones de
tipo la cubierta de barco (equipos
herméticos de cubierta).
El agua procedente de un fuerte
oleaje no entra en la carcasa bajo
condiciones especificadas.
7 7
Protección contra la inmersión de
agua bajo condiciones
especificadas de presión y tiempo
8 8
Protección contra la inmersión
indefinida en agua bajo
condiciones especificas de
presión.
Tomada de [8] Página 497.
En la Tabla 1 se indica el tipo de protección que corresponde a los distintos
valores de cada una de las cifras. Si no se especifica al momento del montaje del
sensor industrial se asume que su grado de protección es IP65.

36. 36
4.5 Forma de variación de la magnitud de entrada.
Al igual que los ojos y el oído humano que tan solo pueden percibir sensaciones
en determinados rangos de frecuencia, puede haber sensores que solo detecten
variaciones lentas o variaciones rápidas en la magnitud de entrada. La importancia
de este parámetro radica en que se pueden representar errores si la entrada al
sensor esta por fuera de los márgenes de velocidad aceptados por el sensor, o
cualquier límite impuesto en su funcionamiento.
De acuerdo al modo de variación en función del tiempo estos datos se pueden
clasificar en datos estáticos, dinámicos, transitorios y aleatorios.
Datos estáticos: Estos datos no presentan variaciones rápidas o
discontinuidades, son obtenidos de entradas cuya magnitud en general presenta
variaciones con armónicos de bajas frecuencias.
Datos dinámicos: Datos que son casi siempre periódicos obtenidos durante el
funcionamiento de sistemas estables y continuos (por ejemplo, elementos
mecánicos en movimiento alternativo).
Datos transitorios: Son datos producidos por variaciones bruscas que obedecen
a perturbaciones o cambios en la magnitud entrada en un determinado punto que
contienen la información principal del comportamiento del sistema.
Datos aleatorios: Los datos que se presentan de esta forma no son previsibles y
deben ser analizados mediante técnicas estadísticas y mediante funciones de
probabilidad. Estas variaciones se pueden presentar tanto en amplitud como en
frecuencia [8] Pág. 479.

37. 37
4.6 Características eléctricas del sensor.
Tensión de alimentación: La tensión de alimentación puede ser continua o
alterna, aunque generalmente es continua. Los sensores industriales operan
usualmente entre los siguientes rangos de voltaje.
• 10-30V CC
• 20-130V CA
• 90-250V CA
• 20-250V CA/CC
Cuando la tensión de alimentación es continua se debe conocer el máximo rizado
u ondulación admisible en ella. Aquellos sensores que funcionan con corriente
alterna se pueden conectar directamente a la línea eléctrica o desde una fuente
filtrada, esto evita la necesidad de una fuente de alimentación independiente. [8]
Pág. 479.
Ondulación residual: Cuando el sensor se alimenta en continua puede soportar
ciertas variaciones en el valor de la tensión, estas variaciones son admisibles,
hasta cierto valor, la máxima ondulación permitida para sensores industriales es
del 10%.
Consumo de corriente en vacío: Se denomina así al máximo valor de corriente
que el sensor demanda cuando se encuentra sin carga Este valor es
especificado generalmente por el fabricante en las hojas de datos del dispositivo.
Impedancia de la fuente (Zs): Es la impedancia que el sensor ve en los
terminales de conexión a la fuente de alimentación, esta impedancia generalmente
incluye la impedancia de los conectores de la fuente. Ahora, a la impedancia que

38. 38
ve la fuente de alimentación en las terminales del sensor se le denomina
impedancia de entrada (Ze).
Figura. 11 Esquema de conexión entre un sensor analógico pasivo, la fuente de
alimentación y la carga.
Tomada de [8] Pág. 495.
En la Figura 11 se presenta la conexión de un sensor analógico pasivo a su fuente
de alimentación y a la carga.
Para evitar interferencias de tipo electromagnético o electrostático se usan cables
blindados, esto evita más que todo interferencias cuando los conectores tienen
longitudes considerables o los niveles de tensión que se manejan son bajos.
Protección: Se requieren elementos de protección para sensores que trabajen
tanto en corriente continua como en alterna, la protección sin embargo estos
circuitos de protección no son lo suficientemente rápidos para proteger al sensor
en casos de cortocircuito/sobrecarga e inversión de polaridad, sin embargo se
recomiendan fuentes filtradas e independientes y que la línea este protegida con el
fusible adecuado.

39. 39
Si se tiene certeza o se quiere prevenir fenómenos como cortocircuito/sobrecarga
o inversión de polaridad, existen sensores que traen incorporadas protecciones
contra estos fenómenos.
Flujo de corriente: Consumo eléctrico típico para cada tipo de sensor de
proximidad:
• Fotoeléctrico 35 mA
• Ultrasónico 70 mA
• Inductivo 15 mA
• Capacitivo 15 mA[Referencia fundamentos de sensado]
Corriente residual: Se define como la corriente que circula a través de la carga
cuando el sensor esta desactivado (el transistor de salida no conduce).
Tensión residual: Es el valor máximo de la tensión que puede haber en la salida
del sensor cuando se encuentra activado (el transistor de salida conduce).
Corriente de carga: Es la corriente mínima que debe suministrar el sensor para
garantizar el funcionamiento o la activación de cierta carga conectada a su salida,
un ejemplo podría ser una carga tipo relé, la cual necesita de cierta corriente para
conmutar.
Consumo del sensor: Se debe conocer el valor de corriente necesario para que
el sensor pueda operar, en algunos casos el fabricante suele especificar la
potencia en vatios o voltamperios, cuando opera en continua o en alterna
respectivamente.

40. 40
4.7 Características de aislamiento.
Cuando dos o más partes de un sensor industrial están aisladas eléctricamente es
a veces importante conocer el grado de aislamiento entre ellas. Los parámetros
que proporcionan dicha información suelen ser la resistencia de aislamiento y la
tensión de ruptura o rigidez dieléctrica, estos conceptos están muy relacionados
entre sí.
La resistencia de aislamiento es la resistencia entre dos partes medida mediante
la aplicación de una tensión continua de un determinado valor. La tensión de
ruptura o rigidez dieléctrica se puede definir como la máxima tensión que se puede
aplicar entre las partes aisladas sin que se produzca un arco eléctrico y sin que la
corriente que circula entre ambas supere un valor determinado.

41. 41
5. SENSORES CAPACITIVOS
Los sensores capacitivos permiten detectar objetos metálicos y no metálicos,
sólidos y líquidos, si bien son más apropiados para detectar objetos no metálicos
debido a sus características y costo en comparación con los sensores de
proximidad inductivos. En la mayoría de las aplicaciones con objetos metálicos es
preferible usar sensores inductivos por su confiabilidad y asequibilidad.
Componentes básicos
El sensor consta de cuatro componentes básicos:
• Sonda o placa capacitiva
• Oscilador
• Detector del nivel de señal
• Dispositivo interruptor de salida de estado sólido
• Potenciómetro de ajuste
Figura. 12 Operación del sensor de proximidad capacitivo.
Tomada de:
[Citado 10 de mayo de 2010; 8:35].
http://www3.sea.siemens.com/step/templates/lesson.mason?sensors:4:2:1

42. 42
Sonda o placa capacitiva: La sonda capacitiva irradia un campo electrostático
que genera un acoplamiento capacitivo entre la sonda y el objeto que entra en el
campo.
Oscilador: El oscilador suministra energía eléctrica a la sonda o placa capacitiva.
Circuito de disparo: El circuito de disparo detecta cambios en la amplitud de la
oscilación. Los cambios ocurren cuando un objeto entra o sale del campo
electrostático irradiado desde el sensor.
Dispositivo interruptor de salida de estado sólido: Una vez detectado un
cambio suficiente en el campo electrostático, la salida de estado sólido genera una
señal eléctrica que la debe interpretar un dispositivo de interface tal como un
controlador lógico programable (PLC). Esta señal indica la presencia de un objeto
en el campo de detección.
Potenciómetro de ajuste: Se puede variar la sensibilidad del sensor girando el
potenciómetro. Si se gira hacia la derecha (sentido horario) aumenta la
sensibilidad si se aumenta en sentido contrario la disminuye.
5.1 Principio de funcionamiento.
Cuando se enciende el sensor capacitivo se genera un campo electrostático
debido a la inducción de cargas que se encuentra detrás de la cara del sensor,
este campo electrostático se ve afectado por la presencia de un objeto con
determinada constante dieléctrica, ya que este afecta la capacitancia inicial del
sistema. Cuando no hay objeto en el campo electrostático, el oscilador permanece
inactivo.

43. 43
Cuando la nueva capacitancia del sistema debida al objeto detectado alcanza
cierto límite se dispara internamente un circuito que activa la salida del sensor. En
la figura 12 se observa lo que ocurre en la señal cuando el elemento a detectar
entra en contacto con el campo de acción del sensor.
El valor de la constante dieléctrica y el tamaño del objeto afectan de manera
proporcional la capacitancia del sistema. Existe también una distancia límite para
la detección. Mientras más grande la constante dieléctrica y el objeto más fácil su
detección. [1] Pág. 5-1.
5.2 Diseño blindado o diseño no blindado.
Los sensores capacitivos pueden ser de diseño blindado o no blindado.
5.2.1 Sonda blindada.
El campo electrostático de un sensor capacitivo blindado es más concentrado por
lo que pueden detectar materiales con constantes electrostáticas bajas o más
difíciles de detectar.
Figura. 13 Sensores blindados rasantes.
Tomada de [1] Pág. 5-3.

44. 44
Poseen una banda metálica alrededor de la sonda que genera el campo
electrostático, lo que les ayuda a dirigir dicho campo.
5.2.2 Sonda no blindada.
La diferencia entre este sensor y el anterior es que no posee la banda metálica
alrededor de la sonda, por lo tanto el campo electrostático es menos concentrado,
lo cual causa que no puedan detectar materiales con bajas constantes dieléctricas.
En algunos casos cuentan con sondas de compensación para aumentar la
estabilidad, la cual les permite ignorar el polvo, vaho y la humedad. Son más
adecuados en aplicaciones de detección de nivel de líquidos y son construidos en
plástico.
Figura. 14 a) Sonda blindada b) no blindada.
Tomada de [1] Pág. 5-2 y 5-4.
Los modelos no blindados se utilizan para diferenciar materiales con altas
constantes dieléctricas y bajas constantes dieléctricas.

45. 45
Figura. 15 Diseño no blindado montado sobre metal.
Tomada de [1] Pág. 5-4.
5.3 Consideraciones relativas al objeto.
Los materiales a detectar por un sensor capacitivo puede ser metálicos, no
metálicos, sólidos y líquidos, siendo los más apropiados los no metálicos, sin
embargo como se dijo antes existen también características del material como su
constante dieléctrica, la forma y las dimensiones que presente, las cuales hacen
que la distancia de detección varíe, o que exista o no exista detección.
Constantes dieléctricas: Los materiales con constantes dieléctricas altas pueden
detectarse a través de las paredes de contenedores fabricados con materiales con
constantes dieléctricas más bajas. Un ejemplo es la detección de alcohol o harina
a través de una pared de vidrio. El alcohol se podría detectar a través del vidrio,
mientras que la harina no.

46. 46
Figura. 16 Detección capacitiva a través de un depósito.
Tomada de [1] Pág.5-6.
Es necesario probar cada aplicación. La lista de constantes dieléctricas le
permitirá determinar la viabilidad de una aplicación. Los valores indicados variarán
dependiendo del tamaño y la densidad del objeto en cuestión. A continuación se
presenta una lista parcial de las constantes dieléctricas de algunos materiales
industriales típicos.
Tabla 2 Constantes dieléctricas de materiales industriales comunes.
Material Constante (F/m) Material Constante (F/m)
Acetona 19.5 Perspex 3.2 - 3.5
Resina acrílica 2.7- 4.5 Petróleo 2.0 - 2.2
Aire 1.000264 Resina fenólica 4 - 12
Alcohol 25.8 Poliacetal 3.6 - 3.7
Amoníaco 15 - 25 Poliamida 5.0
Anilina 6.9 Resina de poliéster 2.8 - 8.1
Soluciones acuosas 50 - 80 Polietileno 2.3
Baquelita 3.6 Polipropileno 2.0 - 2.3
Benceno 2.3 Poliestireno 3.0
Dióxido de carbono 1.000985 Resina de cloruro
Polivinílico
2.8 - 3.1
Tetracloruro de carbono 2.2 Porcelana 4.4 - 7
Celuloides 3.0 Leche en polvo 3.5 - 4
Polvo de cemento 4.0 Cartón prensado 2 - 5
Cereales 3 - 5 Cristal de cuarzo 3.7
Cloro líquido 2.0 Caucho 2.5 - 35
Ebonita 2.7 - 2.9 Sal 6.0
Resina epóxida 2.5 - 6 Arena 3 - 5
Etanol 24 Shellac (Barniz de laca) 2.5 - 4.7

47. 47
Etilenglicol 38.7 Limo Shell 1.2
Ceniza 1.5 - 1.7 Barniz de silicona 2.8 - 3.3
Harina 1.5 - 1.7 Aceite de soja 2.9 - 3.5
Freón R22 y 502 (líquido) 6.11 Acero
Gasolina 2.2 Resina de estireno 2.3 - 3.4
Vidrio 3.7 - 10 Azúcar 3.0
Glicerina 47 Azufre 3.4
Mármol 8.0 - 8.5 Teflón 2.0
Resina melamínica 4.7 - 10.2 Tolueno 2.3
Metal Aceite para
transformadores
2.2
Mica 5.7 - 6.7 Aceite de trementina 2.2
Nitrobencina 36 Resina de urea 5 - 8
Naylon 4 - 5 Vaselina 2.2 - 2.9
Papel oleosaturado 4.0 Agua 80
Parafina 1.9 - 2.5 Madera seca 2 - 7
Papel 1.6 - 2.6 Madera húmeda 10 - 30
Tomada de [1] Pág. 5-6
5.4 Ventajas y desventajas de los sensores de proximidad capacitivos.
5.4.1 Ventajas.
Las ventajas de los sensores de proximidad capacitivos son:
1. Detectan objetos metálicos y no metálicos, así como líquidos y sólidos.
2. Pueden “ver a través” de ciertos materiales (cajas de productos).
3. Son de estado sólido y tienen una larga vida útil.
4. Disponen de muchas configuraciones de montaje. [1] Pág. 5-8.
5.4.2 Desventajas.
Las desventajas de los sensores de proximidad capacitivos son:
1. Distancia de detección corta (1 pulgada o menos) que varía en función del
material detectado.
2. Son muy sensibles a factores ambientales: la humedad en climas costeros
o lluviosos puede afectar el resultado de la detección.

48. 48
3. No son selectivos con respecto al objeto detectado: es esencial controlar
qué es lo que se aproxima al sensor. [1] Pág. 5-8.
5.5 Aplicaciones del sensor capacitivo.
Aplicaciones típicas
1. Detección del nivel de líquido.
• Detección a través de una mirilla para determinar el nivel de líquido,
como el de batido en el procesamiento de alimentos, o el de tinta en
aplicaciones de impresión.
• Introducción a través de tubos sellados en depósitos o contenedores
para productos químicos o soluciones acuosas. [1] Pág 5-8.
Ejemplo 5.1:
Una de las aplicaciones de este tipo de sensores es la de verificación de llenado
como la que se ve a continuación.
Figura. 17 Detección de nivel a través de una barrera.
Tomada de:
[Citado 10 de mayo de 2010; 9:10].
http://www3.sea.siemens.com/step/templates/lesson.mason?sensors:4:3:4

49. 49
2. Cadenas de llenado de productos.
• Embotellado (champú).
• Detección de cajas completas para asegurarse de que un contenedor
tiene el número requerido de productos.
• Comprobación de niveles de materiales, como el de cereales en caja.
Ejemplo 5.2:
La detección de nivel en una tolva puede realizarse a través de una ventana o
mediante la incrustación en el material.
Figura. 18 La detección de nivel en una tolva.
Tomada de [1] Pág.5-9
3. Detección de piezas de plástico.
• Plásticos en envases de productos, como surtidores o dosificadores en
cajas de detergente para ropa.
• Materiales plásticos dentro de una tolva.
4. Detección de pallets para la manipulación de materiales.

50. 50
Ejemplo 5.3:
Figura. 19 Detección de productos a través del embalaje
Tomada de [1] Pág.5-10
5. Productos de forma irregular.
• Objetos orientados al azar en una cinta transportadora.
• Objetos muy texturados.

51. 51
6. SENSORES INDUCTIVOS
Los sensores de proximidad inductivos son dispositivos de estado sólido
diseñados para detectar objetos metálicos. Esta tecnología sin contactos junto con
la ausencia de partes móviles hace que los sensores de proximidad inductivos no
estén sujetos a daños ni desgaste mecánicos. Además, funcionan bien en
ambientes muy sucios, en los cuales no se ven afectados por la acumulación de
contaminantes tales como polvo, grasa, aceite u hollín en la cara de detección.
Esto hace de la tecnología inductiva un candidato ideal para aplicaciones
industriales intensas.
Componentes básicos.
Figura. 20 Proximidad inductiva típica.
Tomada de:
[Citado 15 de mayo de 2010; 10:20].
http://www3.sea.siemens.com/step/templates/lesson.mason?sensors:3:2:1
Un sensor de proximidad inductivo consta de cuatro componentes básicos:
• Conjunto de núcleo de ferrita y bobina

52. 52
• Oscilador
• Circuito activador o de disparo
• Circuito de salida
Conjunto de núcleo/ bobina (Coil): El conjunto de núcleo de ferrita y bobina
genera un campo electromagnético a partir de la energía eléctrica suministrada
por el oscilador.
Oscilador (Oscillator): El oscilador suministra energía eléctrica al conjunto de
núcleo de ferrita y bobina.
Circuito activador (Trigger): El circuito activador detecta cambios en la amplitud
de la oscilación. Estos cambios se producen cuando un objeto metálico entra o
sale del campo electromagnético irradiado desde la cara del sensor.
Salida de estado sólido (Output): Cuando se detecta un cambio suficiente en el
campo electromagnético, la salida de estado sólido proporciona una señal
eléctrica para la conexión en interface con un PLC o una lógica de máquina. Esta
señal indica la presencia o ausencia de un objeto metálico en el campo de
detección. [1] Pág. 4-2.
6.1 Principio de funcionamiento.
Cuando se hace pasar corriente alterna por una bobina esta induce un campo
electromagnético. Cuando un material metálico se acerca a la zona de detección o
área sensible, modifica la trayectoria de dicho campo, lo cual produce pérdidas de
potencia, mientras que cuando no hay material en la zona de detección el voltaje
U se encuentra aproximadamente en cuadratura con la corriente de excitación
(Figura 21).

53. 53
Figura. 21 Transductor inductivo sin objeto a detectar.
Tomada de: [2] Pág. 14.
Cuando un material conductor eléctrico se aproxima al área sensible del sensor,
se inducen corrientes de Eddy, se crea en el material un campo electromagnético
que perturba al campo del sensor, cambiando la inductancia de la bobina y
generando pérdidas electromagnéticas.
Estas corrientes de Eddy ocasionan pérdidas de potencia y son determinadas por
la resistencia propia del objeto a detectar, su geometría, forma y espesor, su
conductividad, y su permeabilidad magnética.
La variación en el flujo magnético se debe principalmente a dos efectos:
magnéticos y eléctrico. [2] Pág. 14.
6.1.1 Efecto magnético.
El acercamiento de un material magnético de alta permeabilidad a la zona de
detección del sensor atrae el campo del objeto a detectar, refuerza el flujo
electromagnético, el voltaje U (Figura 21) aumenta y permanece aproximadamente
en cuadratura con la corriente de excitación, lo que disminuye la reluctancia total
del sistema, por ende el flujo magnético total se refuerza y la inductancia de la
bobina también aumenta.

54. 54
6.1.2 Efecto eléctrico.
En un material conductor eléctrico que entra en contacto con un campo
electromagnético se generan corrientes de Eddy que generan a su vez un campo
secundario en el material que rechaza al campo primario, de esta forma el voltaje
U (Figura 21) en cuadratura con la corriente de alimentación decrece, se producen
pérdidas de potencia, reducción en el flujo total y reducción de la inductancia.
En algunos materiales como el cobre o el aluminio se presenta solamente efecto
eléctrico, por otra parte, en el hierro se pueden manifestar ambos efectos, eléctrico
y magnético, ya que siendo un material conductor eléctrico puede alinear sus
dipolos magnéticos en presencia de un campo magnético exterior.
Figura. 22 Distancia de detección nominal típica con blindaje o sin blindaje.
Tomada de [2] Pág. 4-3.
6.2 Diseño blindado o no blindado.
Igual que en el caso capacitivo, el blindaje en el sensor concentra el campo
electromagnético. El blindaje en el sensor afecta tanto la distancia de detección

55. 55
como la distancia que debe existir y el montaje entre sensores del mismo tipo.
Como se verá también el blindaje o no blindaje hace que algunos objetos sean
más o menos fáciles de detectar [1] Pág.4.3.
6.2.1 Diseño blindado.
El blindaje del sensor inductivo se puede dar por la misma carcasa, o por medio
de un anillo metálico alrededor del núcleo de la bobina. Los sensores con diseño
blindado se pueden instalar o montar a ras en partes metálicas, sin que este metal
cause detecciones erróneas.
Figura. 23 Conjunto de núcleo y bobina de diseño a) blindado b) no blindado.
Tomada de [1] Pág.4-4.
6.2.2 Diseño no blindado.
El campo electromagnético generado por un sensor no blindado no se concentra
de manera efectiva frente a la cara del sensor, debido a que no poseen el anillo
metálico alrededor de su núcleo como en un sensor blindado. Esto hace que los
sensores no blindados sean más sensibles a los metales que los rodean, por lo

56. 56
cual no pueden ser instalados a ras. Una de las ventajas de este sensor con
respecto al blindado es que su margen de detección es hasta de un 50 % mayor.
Los sensores no blindados suelen requerir un espacio correspondiente a tres
veces el diámetro de la cara de detección (para sensores contiguos) y a cuatro
veces el diámetro de la cara de detección cuando se montan uno al frente del otro.
6.3 Consideraciones de espaciado.
El espacio necesario entre los sensores varía dependiendo del dispositivo usado.
No obstante, los sensores blindados suelen requerir una distancia correspondiente
al diámetro de la cara de detección (en el caso de sensores contiguos) y dos
veces el diámetro de la cara de detección (para sensores montados uno al frente
del otro). Las figuras 24 y 25 muestran el montaje de sensores según si son
blindados o no blindados.
Figura. 24 Espaciado para sensores blindados contiguos y montados uno al frente
del otro.
Tomada de [1] Pág.4-5.

57. 57
Figura. 25 Espaciado para sensores no blindados contiguos y montados uno al
frente del otro.
Tomada de [1] Pág.4-5.
6.4 Consideraciones relativas al objeto.
La distancia de operación de un sensor de proximidad inductivo varía para cada
objeto y cada aplicación. La capacidad de un sensor de detectar un objeto
depende del material, de su tamaño y forma. [1] Pág. 4-7.
6.4.1 Efectos del material del objeto.
Existe una distancia de operación nominal (Dn), estandarizada para una pieza
metálica de acero dulce de 1 mm de grosor, con una longitud lateral igual a la cara
de detección del sensor, o igual a tres veces la distancia de operación nominal.
En la figura 26 se muestran los factores de corrección típicos para diferentes
metales.

58. 58
El estándar del acero dulce se usa como factor de corrección para determinar la
distancia nominal de otros materiales, los cuales se presentan en la tabla 3.
Figura. 26 Factores de corrección típicos.
Tomada de [1] Pág.4-7.
Tabla 3 Factores de corrección
.
Material del objeto Factor de corrección
aproximado
Acero dulce 1.0
Acero inoxidable 0.85
Bronce o latón 0.50
Aluminio 0.45
Cobre 0.40
Tomada de [1] Pág.4-7.
(Rango de detección nominal) x (factor de corrección) = margen detección

59. 59
6.4.2 Efectos del tamaño y la forma del objeto.
El tamaño y la forma del objeto también hacen variar la detección del sensor
debido a esto se deben conocer para calcular en base a ellos el factor de
corrección. Con respecto al tamaño y la forma se deben seguir las siguientes
recomendaciones.
• De preferencia, usar objetos planos.
• Los objetos redondeados pueden reducir la distancia de operación.
• Los materiales no férricos suelen reducir la distancia de operación para los
modelos de detección de todos los metales.
• Los objetos menores que la cara de detección suelen reducir la distancia de
operación.
• Los objetos mayores que la cara de detección pueden aumentar la distancia
de detección.
• Las láminas pueden aumentar la distancia de operación.
Si se tienen en cuenta factores como la temperatura y voltaje, la distancia de
operación real se podría reducir hasta un 20%.con respecto a la nominal.
6.4.3 Movimiento de objetos.
El objeto a detectar se puede acercar al sensor y causar su activación, o pueden
alejarse o retroceder desde él y causar su desactivación.

60. 60
6.4.3.1 Aproximación lateral.
Cuando un objeto se aproxima de manera lateral hacia la cara de detección del
sensor, es necesario, conocer ciertos parámetros como frecuencia de
conmutación o velocidad de respuesta.
Aproximación directa (radial) del objeto.
Cuando el objeto se acerca a un sensor de proximidad directamente hacia la cara
de detección, la confiabilidad puede mejorarse considerando los efectos de la
histéresis. Es también necesario tomar en cuenta la frecuencia de conmutación.
La frecuencia de conmutación es la velocidad máxima a la que el sensor emite
pulsos individuales discretos cuando el objeto entra y sale del campo de
detección. Este valor siempre depende del tamaño y velocidad del objeto, y de la
distancia de la cara de detección.
6.5 Ventajas y desventajas de los sensores de proximidad inductivos.
6.5.1 Ventajas.
Las ventajas de los sensores de proximidad inductivos son:
1. No se ven afectados por la humedad.
2. No se ven afectados por el polvo o la suciedad.
3. Carecen de partes móviles, por lo que no hay desgaste mecánico.
4. No dependen del color.
5. Tienen una dependencia menor de la superficie que otras tecnologías de
detección.

61. 61
6. No existe una zona ciega.
6.5.2 Desventajas.
Los inconvenientes de los sensores de proximidad inductivos son:
1. Sólo detectan la presencia de objetos metálicos.
2. El margen de operación es más corto que el de otros dispositivos de
detección disponibles.
3. Pueden verse afectados por campos electromagnéticos intensos.
[1] Pág. 4-12
6.6 Aplicaciones del sensor inductivo.
Ejemplo 6.1:
Figura. 27 Máquinas herramientas.
Tomada de [1] Pág. 4-13.

62. 62
Ejemplo 6.2:
Figura. 28 Detección de la presencia de un cojinete en un pistón.
Tomada de [1] Pág. 4-14.
Ejemplo 6.3:
Figura. 29 Clasificación de piezas en línea.
Tomada de [1] Pág. 4-15.

63. 63
7. SENSOR FOTOELÉCTRICO
Un sensor fotoeléctrico puede detectar todo tipo de materiales siempre y cuando
estos reflejen la luz, puedan obstruirla, o causar algún cambio en el rayo de luz
incidente como por ejemplo su intensidad o su longitud de onda: Existen en la
actualidad gran variedad de sensores fotoeléctricos que pueden ser empleados en
diferentes aplicaciones.
Los sensores de este tipo pueden detectar además de la presencia o ausencia del
objeto, características del objeto como tamaño, color, reflectividad, opacidad y
traslucidez, a continuación se presentan los componentes que conforman la
estructura básica del sensor fotoeléctrico.
Componentes básicos
Los sensores fotoeléctricos constan de cinco componentes básicos:
• Fuente de luz
• Detector de luz
• Lentes
• Circuito lógico
• salida
Figura. 30 Componentes de un sensor fotoeléctrico.
Tomada de [1] Pág. 7-2.

64. 64
Fuente de luz: La mayoría de los sensores fotoeléctricos utilizan un diodo emisor
de luz (LED) como fuente de luz. En la mayoría de los sensores fotoeléctricos se
utilizan LED infrarrojos o rojos, verdes y azules visibles. El LED y sus
correspondientes circuitos reciben, en conjunto, el nombre de emisor.
Cada color de LED ofrece características diferentes. Los infrarrojos son los más
eficaces, ya que son los que más luz y menos calor generan y se utilizan en
sensores en los que se necesita una salida de luz máxima para un rango de
detección extenso.
Los LED rojos, azules y amarillos visibles se utilizan en aplicaciones en las que se
deben detectar colores o contrastes específicos, y también se utilizan como
indicadores de estado en sensores fotoeléctricos.
En los últimos tiempos también se han empezado a utilizar diodos de láser como
fuentes de luz fotoeléctricas, los cuales presentan las siguientes características:
• Emisión de luz de longitud de onda (color) invariable
• Diámetro de haz pequeño
• Mayor alcance
A pesar de tener un alcance mucho mayor, una de las desventajas del diodo laser
es que su rayo de luz se puede ver más afectado por el polvo.
Modulación de un LED: Una de las mayores ventajas de los LED es su capacidad
de encenderse y apagarse rápidamente. Esto permite controlar los pulsos o
establecer la modulación de la fuente.
Los sensores fotoeléctricos conmutan o modulan rápidamente la corriente
conducida por un LED (a menudo mayor a 5 KHz). Un ciclo de trabajo suave o

65. 65
poco intenso (normalmente inferior al 5%) permite que la cantidad de corriente y,
por tanto, la cantidad de luz emitida excedan con creces el límite permisible en
una operación continua.
Figura. 31 Respuesta espectral.
Tomada de [1] Pág. 7-4.
Detector de luz: Está compuesto por un fotodiodo o fototransistor, es un
componente de estado sólido que proporciona un cambio en la corriente
conducida dependiendo de la cantidad de luz detectada. Los detectores de luz son
más sensibles a ciertas longitudes de onda. A menudo para mejorar la eficacia del
dispositivo el emisor y el receptor operan a la misma longitud de onda. Al elemento
detector de luz y a los circuitos asociados se les denomina receptor. En la figura
31 se puede ver la respuesta espectral
Circuito lógico: Mediante este componente se puede modular la cantidad de luz
en el diodo emisor, activar o desactivar el sensor dependiendo también de la

66. 66
cantidad de luz detectada en el receptor y realizar la adecuación necesaria a las
señales (Amplificación, filtración, etc.).
Dispositivo de salida: Entrega el nivel de tensión o corriente correspondiente a la
detección o medición realizada. Esta salida puede ser discreta o analógica
dependiendo de la aplicación del sensor.
Lentes: Se utilizan para estrechar la apertura del rayo de luz que generan los LED
y la luz que llega a los fotodetectores (Figura 39). La utilización de lentes provoca
que la distancia de detección aumente, a medida que se estreche el rayo de luz.
Figura. 32 LED y fotodetector con y sin lentes.
Tomada de [1] Pág.7-7.
Detección sincrónica: El receptor y el emisor están sincronizados para mejorar la
precisión de detección. El receptor capta pulsos de luz idénticos a los pulsos
generados por el emisor de la luz, e ignora pulsos de luz provenientes de otras

67. 67
fuentes distintas. Este tipo de detección es más común cuando detector y emisor
están en el mismo dispositivo.
7.1 Principio de funcionamiento
Los sensores fotoeléctricos detectan los cambios en la intensidad luminosa o
intensidad de la radiación electromagnética incidente. Obteniéndose a la salida del
sensor un valor proporcional a esta variación. [1] Pág. 76
7.2 Margen de detección.
Campo de visión: El campo de visión se refiere a la apertura del cono del rayo de
luz, el cual si es demasiado pequeño, haría muy difícil la alineación entre emisor y
receptor en el caso de sensores que lleven estos elementos de manera
independiente. Existen aplicaciones también para sensores con conos de luz
amplios, los cuales pueden detectar objetos en una zona ancha, sin embargo su
alcance es más corto.
Figura. 33 Campo de visión frente a distancia de detección relativa.
Tomado de [1] Pág. 7-8.

68. 68
El campo de visión típico va de 1,5° a 7° para distancias máximas y facilidad de
alineación. Los sensores con haces de más de 40° se llaman “de gran angular”.
Los sensores con haces que convergen se suelen llamar “de foco fijo”.
El punto luminoso para un sensor con un campo de visión de 1,5° es de entre 7,6
cm (3 pulgadas) a 3,05 m (10 pies), lo cual dificulta mucho la alineación. Un
sensor con un campo de visión de 3° tiene un punto luminoso de entre 15,2 cm (6
pulgadas) a 3,05 m (10 pies), lo cual hace más fácil la alineación.
Contorno del haz: Define de manera grafica la zona de detección del sensor
fotoeléctrico, es de gran importancia ya que existen distancias en las cuales la
detección es más amplia que en otras.
El contorno indica los límites de detección, cualquier objeto por fuera de dicha
área será ignorado. Los diagramas de detección entregados por el fabricante se
han generado en condiciones limpias y una alineación óptima, en los cuales se
evitan los componentes ambientales como polvo, contaminación, etc.
Figura. 34 Campo de visión frente a facilidad de alineación.
Tomada de [1] Pág. 7-8.

69. 69
Figura. 35 Contorno del haz.
Tomado de [1] Pág. 7-9.
Haz efectivo: El haz efectivo de un sensor fotoeléctrico corresponde a la luz que
sale del lente emisor y llega al lente receptor. Tanto el tamaño como la forma del
haz efectivo se ven afectados por el modo de detección.
Distancia máxima de detección: Esta especificación se refiere a la distancia de
detección en los siguientes casos:
• Desde el sensor al reflector en sensores retrorreflectivos y sensores
retrorreflectivos polarizados
• Desde el sensor al objeto normal en todo tipo de sensores de detección difusa
• Desde la fuente de luz al receptor en sensores de haz transmitido
En caso de ambientes con agentes contaminantes, los sensores se deben aplicar
a distancias más cortas para aumentar el margen de operación hasta un valor
aceptable y mejorar así la precisión.

70. 70
Figura. 36 Distancia de detección.
Tomada de [1] Pág. 7-10.
Distancia mínima de detección: Se refiere al límite inferior de medición el cual
comienza después de la zona muerta. Es el primer valor del rango en que la
lectura es precisa y correcta.
Margen: Corresponde a una medida de la cantidad de luz procedente de la fuente
de luz que es detectada por el receptor. El margen se explica mejor con los
siguientes ejemplos:
• Un margen de "0" se produce cuando el detector de luz no puede detectar la
luz emitida por la fuente de luz.
• Un margen de "1" se obtiene cuando se detecta la luz suficiente para conmutar
el dispositivo de salida (de apagado a encendido o de encendido a apagado).
• Un margen de "20" se obtiene cuando se detecta 20 veces el nivel mínimo de
luz necesario para conmutar el estado del dispositivo de salida.

71. 71
El margen se define como:
_________Cantidad real de luz detectada________
Cantidad mínima necesaria para cambiar
el estado del dispositivo de salida
El margen máximo de detección de este sensor es de 1 m (39,4 pulgadas) hasta
un objeto estándar. Se puede obtener un margen de 4X a aproximadamente la
mitad de esa distancia, vale decir 500 mm (19,7 pulgadas).
7.3 Clasificación de los sensores fotoeléctricos.
Los sensores fotoeléctricos pueden operar de diferentes maneras, en la cuales la
señal de luz captada puede indicar presencia o ausencia de un objeto dentro de la
zona de detección.
Se presentan sensores fotoeléctricos, en los que el emisor y el receptor se
encuentran en el mismo dispositivo, los cuales se denominan retrorreflectivos,
existen otros casos en los cuales el emisor y el receptor vienen en dispositivos
separados. En algunos de los casos anteriores se requieren de accesorios para
que el dispositivo funcione. [1] Pág. 7-22.
7.3.1 Sensores retrorreflectivos.
Para la detección retrorreflectiva se utilizan reflectores especiales o cintas
reflectantes. Al contrario que los espejos u otras superficies reflectivas planas,
estos materiales reflectivos no tienen que estar perfectamente alineados en
perpendicular con el sensor. Es normal que una alineación incorrecta de un
reflector o una cinta reflectante de hasta 15º no reduzca de manera significativa el
margen de un sensor.

72. 72
Figura. 37 Detección a) retrorreflectiva b) retrorreflectiva polarizada.
Tomada de [1] Pág. 7-23.
7.3.2 Sensores retrorreflectivos polarizados.
Los sensores retrorreflectivos polarizados contienen filtros polarizantes delante del
emisor y del receptor que orientan la luz a un solo plano. Estos filtros están
colocados en perpendicular o con un desfase de 90º entre sí.
El haz de luz se polariza cuando pasa por el filtro. Cuando la luz polarizada se
refleja en un objeto, sigue permaneciendo polarizada y cuando se refleja en un
reflector despolarizante, se despolariza. El receptor sólo puede detectar la luz
reflejada que se haya despolarizado. Por ello, el receptor no ve (no recibe) la luz
de objetos reflectivos que no hayan despolarizado la luz. El sensor “ve” el reflejo
de un reflector y no “ve” el reflejo de la mayoría de los objetos brillantes.
A continuación se presenta un ejemplo de una aplicación típica de los sensores
retroreflectivos y retroreflectivos polarizados.

73. 73
Figura. 38 Detección de residuos en rodillos.
Tomada de [1] Pág. 7-28.
Alineación del sensor retroreflectivo: La alineación del sensor se consigue
mediante los siguientes pasos:
1. Apunte el sensor al reflector (o cinta reflectante).
2. Desplace despacio el sensor hacia la izquierda hasta que ya no se detecte el
reflector.
3. Tome nota de esta posición, mueva despacio el sensor hacia la derecha y
tome nota del punto cuando el reflector deja de detectarse.
4. Centre el sensor entre estas dos posiciones y luego desplácelo hacia arriba y
hacia abajo para centrarlo verticalmente.
7.3.3 Detección de haz transmitido.
En este caso, el emisor y el receptor se encuentran como dispositivos separados,
para poder detectar un objeto el detector y el emisor deben estar alineados uno
frente al otro, esta distancia puede ser la máxima que entregue el fabricante, o se
pueden ubicar a una distancia menor para facilitar su ubicación en lugares de
tamaño reducido.

74. 74
Alineación del sensor de detección del haz transmitido.
La alineación del sensor se consigue mediante los siguientes pasos:
1. Apunte el receptor a la fuente de luz.
2. Desplace despacio el sensor hacia la izquierda hasta que la fuente de luz ya no
se detecte.
3. Tome nota de esta posición, desplace el sensor despacio hacia la derecha y
tome nota de cuándo deja de detectarse el reflector.
4. Centre el receptor entre estas dos posiciones y luego desplácelo hacia arriba y
hacia abajo para centrarlo verticalmente.
Figura. 39 Haz efectivo.
Tomada de [1] Pág. 7-16.
7.4 Ventajas de los sensores fotoeléctricos.
En general los sensores fotoeléctricos tienen ventajas significativas, lo cual los
distingue en aplicaciones importantes frente a otros detectores.
A continuación se describen algunas de las más significativas:

75. 75
Ventajas.
1. Poseen amplios rangos de detección.
2. Pueden detectar cualquier objeto sin importar el material en el que estén
construidos (metal, madera, plástico, etc.).
3. Exactitud en la salida.
4. Según la longitud de onda pueden distinguir colores.
5. El objeto a detectar no necesariamente debe estar perpendicular al rayo de
luz incidente, no obstante existe un ángulo límite.
Desventajas.
1. Requieren de construcción especial para detectar objetos transparentes.
2. Los accesorios como reflectores y receptores deben estar alineados de
manera lo más exacta posible con el emisor, para evitar errores de
detección.
3. Requieren de funciones especiales para detectar objetos en claro y oscuro.
4. Su detección es afectada por factores como polvo y contaminación del
ambiente.

76. 76
7.5 Aplicaciones De Los sensores fotoeléctricos.
Ejemplo 7.1:
Figura. 40 Detección de doble hoja.
Tomada de [1] Pág. 7-21.
Ejemplo 7.2:
Figura. 41 Detección de flancos o bordes mecánicamente convergentes.
Tomado de [1] Pág. 7-21.

77. 77
8. SENSOR ULTRASÓNICO
Los sensores ultrasónicos son capaces de detectar prácticamente cualquier tipo
de material, debido a que basan su funcionamiento en la reflexión de una onda de
sonido a cierta frecuencia que choca contra el objeto y la refleja, en donde el
tiempo transcurrido entre el ir y volver de la onda es proporcional la distancia del
elemento detectado, o el simple hecho del retorno del sonido indica presencia. Tal
como los sensores anteriores, el sensor ultrasónico está compuesto también de
una serie de componentes que permiten la adecuación de las ondas recibidas y la
generación de las señales de ultrasonido, entre otras funciones necesarias para su
funcionamiento, a continuación se describen estos componentes.
Componentes básicos del sensor ultrasónico
Los sensores de proximidad ultrasónicos tienen cuatro componentes básicos:
• Transductor/receptor
• Comparador
• Circuito detector
• salida de estado sólido.
Figura. 42 Componentes de un sensor de proximidad ultrasónico.
Tomada de [1] Pág. 6-2.

78. 78
Transductor/receptor: El transductor ultrasónico emite pulsos en forma de ondas
sonoras desde la cara del sensor. El transductor también recibe ecos de esas
ondas cuando se reflejan en un objeto.
Comparador y circuito detector: Cuando el sensor recibe el eco, el comparador
calcula la distancia comparando los tiempos de emisión-recepción con la velocidad
del sonido.
Circuito detector: El circuito detector está conformado por un elemento
piezoeléctrico, el cual al ser comprimido en uno de sus ejes genera una tensión
proporcional a determinada presión. Cada uno de los pulsos del eco de ultrasonido
genera compresión y por lo tanto un nivel de tensión. Este nivel de tensión es
procesado por el circuito del detector, que recibe la tensión del elemento
piezoeléctrico, el cual se encarga de calcular el tiempo transcurrido entre el ir y
volver de los pulsos.
Dispositivo interruptor de salida de estado sólido: La salida de estado sólido
genera una señal eléctrica que se debe interpretar con un dispositivo de interface
tal como un controlador lógico programable (PLC). La señal procedente de los
sensores digitales indica la presencia o ausencia de un objeto en el campo de
detección. La señal que proviene de los sensores analógicos indica la distancia a
un objeto en el campo de detección. [1] Pág. 6-2.
8.1 Principio de funcionamiento.
El emisor ultrasónico envía una serie de pulsos dentro en frecuencias de 25 KHz a
500 KHz (imperceptibles por el oído humano) en forma de onda acústica, cuando
esta onda choca contra un determinado obstáculo, se produce la reflexión de la
misma, lo que genera el eco de ultrasonido, este eco regresa hacia el sensor, el
cual contiene un receptor.

79. 79
Internamente se mide el tiempo que demoró el tren de pulsos en ir y volver y este
tiempo representa la distancia del objeto, debido, a que se puede asumir que el
sonido tiene una velocidad constante de 350 m/s, y se conoce la relación lineal
proporcional a la velocidad que existe entre el espacio y el tiempo.
Existen inconvenientes con el medio de propagación el cual puede causar que la
relación entre el tiempo y el espacio varíen y se obtengan respuestas erróneas por
parte del detector, igual que con la temperatura, ya que puede causar variación en
la presión del aire y al calentarse el material puede no reflejar las ondas de
ultrasonido de manera adecuada. Referirse a [2] cap. 4.
Frecuencia de detección: En general, los sensores industriales operan entre 25
kHz y 500 kHz. Los equipos médicos de ultrasonido operan a 5 MHz o más. La
frecuencia de detección es inversamente proporcional a la distancia de detección.
Mientras que una onda sonora de 50 kHz puede operar a 10 m (33 pies) o más,
una onda sonora de 200 kHz está limitada a un margen de detección de
aproximadamente 1 m (3 pies).
8.2 Consideraciones relativas al objeto.
Generalmente se requiere que la cara del sensor este en un ángulo inferior a 3°
con respecto a la superficie del objeto a detectar. Los objetos planos y lisos
requieren de una alineación exacta del sensor.
Al detectar superficies de objetos irregulares, las cuales dispersan el sonido, el
ángulo de aproximación es menos importante y se debe calcular de manera
experimental la detección del objeto.
La temperatura de la superficie del objeto también puede influir en el margen de
detección. El calor irradiado por objetos que están a altas temperaturas distorsiona

80. 80
el haz sonoro, lo cual acorta el margen de detección y produce lecturas
imprecisas.
También el tamaño del objeto influye en la detección, los objetos de menor tamaño
son más difíciles de detectar. [1] Pág. 6-7.
8.3 Características de los sensores ultrasónicos.
Margen de detección y haz efectivo: Es el área comprendida en los límites del
rango del sensor ultrasónico.
Distancia de detección mínima: Existe una pequeña área llamada zona muerta o
zona ciega en la que el sensor recibe la señal reflejada sin haber terminado de
emitir dicha señal, el borde de esta área corresponde a la distancia mínima de
detección, o límite inferior del rango de medición o detección.
Figura. 43 Distancia de detección ultrasónica.
Tomada de [1] Pág. 6-3.

81. 81
Figura. 44 Espaciados de referencia.
Tomada de [1] Pág. 6-5.
Distancia de detección máxima: Esta distancia depende en gran manera del
material que se quiera detectar, debido a que la textura y la dureza pueden reflejar
con menor o mayor intensidad, sin embargo el fabricante entrega un rango de
medición en las hojas de datos.
Haz efectivo: Mediante un potenciómetro se puede ajustar el cono de ultrasonido
que emite el sensor ultrasónico para hacerlo más o menos ancho, en donde el
hecho de aumentar el ancho del cono disminuye el alcance y hacer lo menos
ancho aumenta el alcance.
Distancia entre sensores ultrasónicos: El espacio entre los sensores está
determinado por el ángulo de sus haces. Los sensores deben estar espaciados de
manera que no se interfieran entre sí. Esta interferencia recibe en ocasiones el
nombre de “diafonía” o “cruce”. [1] Pág. 6-3.
Cuando se está utilizando más de un sensor ultrasónico, pueden emplearse los
espaciados de la figura 44 como referencia:

82. 82
8.4 Ventajas y desventajas de los sensores de proximidad ultrasónicos.
8.4.1 Ventajas.
1. Los sensores de proximidad ultrasónicos pueden detectar objetos grandes a
una distancia de hasta 15 m (49 Pies).
2. La detección es independiente del color del material.
3. La precisión en cuanto a detección repetida de los sensores ultrasónicos con
salidas digitales (encendido/apagado) es excelente.
4. La respuesta de los sensores ultrasónicos analógicos es lineal con respecto a
la distancia.
8.4.2 Desventajas.
1. Requieren que la superficie sea dura y que se encuentre perpendicular al
emisor de ultrasonido, para poder obtener una medición exacta.
2. Los ruidos agudos como “silbidos” de canales de aire o válvulas pueden
ocasionar detecciones falsas.
3. Tienen un mayor tiempo de respuesta (0.1 S) ya que requieren un tiempo para
enviar y medir el eco recibido lo cual no representa problemas en aplicaciones
lentas como medición de nivel líquidos. Sin embargo aquellos con emisor y
receptor uno en frente del otro tienen tiempos de respuesta más rápidos (0.002
0 0.003 S).
4. Los sensores de proximidad ultrasónicos necesitan de una distancia de
detección mínima.
5. Los cambios en las características del ambiente, como la temperatura, la
presión, la humedad, el aire y las partículas transmitidas por el aire, afectan la
respuesta ultrasónica.

83. 83
6. Los objetos de baja densidad, como la espuma y la tela, tienden a absorber la
energía sonora; estos materiales pueden ser difíciles de detectar a grandes
distancias.
7. Las superficies lisas reflejan la energía sonora mejor que las irregulares; sin
embargo, el ángulo de detección para una lisa suele ser más crítico que el
ángulo de detección para una irregular.
[1] Pág. 6-11.
8.5 Aplicaciones De Los sensores ultrasónicos.
Ejemplo 8.1:
Figura. 45 Medición de distancias, alturas y posicionamiento de piezas.
Tomada de [1] Pág. 6-11.

84. 84
Ejemplo 8.2:
Figura. 46 Control de nivel en depósitos (contenido granular o líquido).
Tomada de [1] Pág. 6-11.

85. 85
9. CONSTRUCCIÓN DEL MÓDULO
En este capítulo se encuentra todo lo referente a la construcción del módulo
didáctico de sensores, comenzando por la selección de los elementos que lo
conforman (sensores y demás dispositivos) y los materiales necesarios para su
construcción.
Luego de presentar todos los componentes antes descritos se aborda el tema del
diseño donde se detallan las dimensiones del módulo, basados en las
dimensiones de los componentes y las distancias que se deben respetar entre
cierto tipo de dispositivos.
9.1 Selección de sensores, elementos y materiales a usar.
En el siguiente listado se presentan los elementos tenidos en cuenta para la
construcción del módulo, iniciando con los sensores, y luego los accesorios
necesarios para analizar la respuestas de los sensores [Visualizador y regla
(Linear scale)], siguiendo, con la descripción del material que se usó para construir
el banco de trabajo y finalizando con la presentación de los componentes se
presenta el diseño del circuito impreso necesario para las conexiones de los
diferentes elementos.
Para la selección de cada uno de los elementos se tuvieron en cuenta ciertas
características las cuales se presentan después de la lista de componentes.
9.1.1 Listado de elementos a usar.
La siguiente es la lista de los elementos que conformaran el módulo didáctico de
sensores:

86. 86
• Sensor laser (PEPPERL+FUCHS) VDM28-8-L-IO/73c/110/122
• Sensor capacitivo (SIEMENS) 3RG 1655-6LD00
• Sensor ultrasónico (Sonar BERO SIEMENS) 3RG 6013-3AD00
• Sensor inductivo (SIEMENS) 3RG 4014-3AG01
• Sensor inductivo (SIEMENS) 3RG 4024-0KB00
• Sensor fotoeléctrico (SIEMENS) 3RG 7642-0AB00 y 3RG 7642-0BG00
• Sensor fotoeléctrico (SIEMENS) 3RG 7620-1RH60
• Sensor fotoeléctrico (SIEMENS) 3RG 7401-0CH52
• Visualizador con entradas digitales y entradas analógicas de 4 a 20 mA.
(PEPPERL+FUCHS) DA5-IU-2K-V.
• Banco de trabajo (Construido en COLD ROLL).
A continuación se presenta mediante tablas las ventajas obtenidas al escoger un
sensor comparando sus características con otros sensores del mismo tipo. La
segunda columna de dicha tabla contiene el sensor escogido, y las dos columnas
siguientes muestran los dos sensores con los cuales se hace la comparación, a
excepción del caso inductivo en donde se seleccionaron dos de ellos.
Antes de empezar con las tablas es importante saber que las razones por las que
se eligió determinado tipo de sensor, son diferentes, ya que en cada caso se
pretende dar a conocer o demostrar alguna característica en particular.

87. 87
9.1.1.1 Sensor Laser
Tabla 4. Sensor Laser.
CARACTERÍSTICAS
Sensor laser VDM28-8-
L-IO/73c/110/122
Sensor laser VDM35-
6-L/20/105/122
Sensor Laser
VDM54-6000-R-
3999/20/88/105
Rango de medición 0,2 ... 8 m 0,2 ... 6 m 0 ... 6 m
Emisor de luz
Diodo láser
Vida útil típ. 85.000 h con
Ta = +25 °C
Diodo láser
Diodo láser
Tipo de luz
Luz alterna, roja Luz alterna, roja
Infrarrojo, luz alterna
Infrarrojo, luz
alterna
Características láser
Clase de laser
2 Láser de medición: 1
Láser para alineación:
2
1
Longitudes de onda
660 nm Láser de medición:
905 nm
Láser para alineación:
650 nm
900 nm
Procesos de medición
Pulse Ranging
Technology (PRT)
Medición del tiempo
de propagación del
láser
Pulse Ranging
Technology (PRT)
Diametro del haz de luz
< 10 mm a una
distancia de 8 m a 20 °C
4 mm x 12 mm a una
distancia de 6 m
Displays/Elementos de
manejo
Indicación de la función
2 LEDs amarillos para
estado de conmutación
LED amarillo: Estado
de conmutación (2x) ,
LED naranja : Modo
de trabajo
LED verde
Elementos de mando
Interruptor giratorio de
5 posiciones para
seleccionar los modos
de funcionamiento
(ajuste de los umbrales
de conmutación y
servicio)
Area de trabajo :
Regulador para punto
de conmutación ,
Modo de trabajo ,
Salida analógica (
Juego S , Basculador
T)
Elementos de mando
Pulsador para establecer
valores de umbral
Tensión de trabajo
10 ... 30 V CC / para un
servicio en el modo
18 ... 30 V CC , Clase
2
18 ... 30 V CC
Salida
Salida señal
Salida de contrafase,
protección contra
cortocircuito, protección
contra inversión de
polaridad
2 pnp protegidos
contra cortocircuito
RS 485

88. 88
Datos mecánicos
Tipo de protección IP65 IP67 IP54
Conexión
Conexión. macho M12 x
1, 4 polos
Conector macho M12
x 1, 5 polos
Conector macho
M12 x 1, 5 polos
Tomada de [11].
La selección de este sensor laser (VDM28-8-L-IO/73c/110/122) se llevó a cabo
mediante los siguientes criterios:
Básicamente se requería un sensor que midiera distancia entre un rango
determinado, en este caso este puede medir distancias entre 20 y 800 cm. y
tuviera una sensibilidad fácilmente perceptible, para facilidad al momento de
realizar la práctica de laboratorio, según la hoja de datos del fabricante este valor
es menor a 5 mm.
Uno de los parámetros más importante para elección de este sensor es como se
dijo antes la sensibilidad, ya que durante la práctica de laboratorio se podrá mover
el objeto a detectar cada cierta cantidad de milímetros y registrar la variación a la
salida. Además se puede comparar con un patrón de medida, esto servirá para
pensar en aplicaciones para un sensor de este tipo y para encontrarles
aplicaciones a otros sensores con mejores características.
Otra razón para haber optado por él, hace referencia al tipo de salida, ya que
cuenta con formato de 4 a 20 mA, una de las salidas con las que no cuentan los
demás sensores que se eligieron para el módulo, la salida de corriente es una de
las más usadas en la industria debido a su inmunidad ante el ruido eléctrico, y
ante la variación de la impedancia en el cable, cuando se trasmiten datos a
grandes distancias, ya que la corriente es la misma en todo el trayecto del
conductor.

89. 89
9.1.1.2 Sensor capacitivo
Tabla 5. Sensor capacitivo.
CARACTERÍSTICAS 3RG 1655-6LD00 3RG16 55-6AC00 3RG16 13-0AB00
Numero de hilos 2 4 3
Forma Ø 40 mm Ø 40 mm M18
Montaje en metal A ras A ras A ras
Distancia de trabajo Sn 20 mm 20 mm 5 mm
Material del cuerpo Material aislante Material aislante Material aislante
Tensión de empleo 20 a 250 Vac 10 a 65 Vdc 10 a 65 Vdc
Intensidad asignada de
empleo Ie mA
500 200 200
Grado de protección IP67 IP67 IP67
Tomada de datos de [12].
Principalmente se optó por este sensor capacitivo (3RG 1655-6LD00) debido a
que su rango de detección es relativamente grande (20 mm) comparado con el de
muchos otros sensores del mismo tipo, además otra característica importante es
que este dispositivo funciona con corriente alterna, tipo de alimentación que se
quería tener en cuenta al momento de ofrecer variedad en el montaje del módulo.

90. 90
Figura. 47. Dimensiones del sensor capacitivo.
Tomada de [12]. Pág. 2/247.
Con respecto a la alimentación se puede decir que este sensor se puede alimentar
directamente de la línea de 110 V, por lo cual no requiere de una fuente de
alimentación externa.
El sensor contiene dos tipos de salida digital NC y NA programables.
9.1.1.3 Sensor ultrasónico.
Tabla 6. Sensor Ultrasónico.
CARACTERÍSTICAS 3RG 6013-3AD00 3RG60 14-3AD00 3RG63 42-3AB00
Zona de detección 20 a 130 cm 80 a 600 cm 6-30 cm
Forma M30 K1 Diámetro 65/M30 88x65x30
Material del cuerpo Metálico, con cara
plástica.
Metálico, con cara
plástica.
Metálico, con cara
plástica.
Tensión de empleo 20 a 30 Vdc 20 a 30 Vdc 18 a 35 Vdc
Cargabilidad [mA] 300 300 100
Grado de protección IP65 IP65 IP65
Tipo de salida pnp/NA pnp/NA pnp/NA
Tomada de datos de [12].

91. 91
El sensor ultrasónico (3RG 6013-3AD00) seleccionado cuenta con un
potenciómetro para variar el límite inferior del alcance, y otro potenciómetro para
variar el límite superior.
Presenta un rango de detección que permite el desarrollo de las prácticas de
manera tal que se tenga un amplio rango de trabajo, para verificar diferentes
puntos dentro de su zona de detección, permitiendo hacer visibles las variaciones
del límite inferior y superior mediante las variaciones en los potenciómetros.
Este sensor cuenta con una conexión de tres hilos, la cual se estudió como una de
las configuraciones de salida para sensores todo-nada dentro del marco teórico
del presente documento.
Uno de los aspectos más importantes de los tres tipos de sensores que se
analizaron anteriormente, es que el grado de protección es el más bajo para
sensores industriales, o grado de protección por defecto IP65, en este caso
entonces se supone que el sensor debe estar en un ambiente en el que también
las condiciones no sobrepasen los límites para este nivel de protección. Esto
debido quizás en este dispositivo en especial al ser ultrasónico no está en
contacto con el elemento a detectar, o más bien, están a cierta distancia lo cual les
permite tener este bajo grado de protección.
El diagrama de conexión para este sensor es el siguiente:

92. 92
Figura. 48. Conexión para sensores con 3 hilos. (NA y NC) y conector M12. De 4
polos.
Tomada de [12] Pág. 2/37
Las configuraciones de salida se presentan para salidas NA y NC, como en el
presente caso se tiene salida NA, se conectará según la configuración de la figura
48 (a).
Como se puede ver en la figura 48 (c), la cual corresponde al conector, este
presenta la posibilidad de trabajar con cuatro hilos, así que si el detector con el
que se estuviera trabajando tuviera cuatro hilos, podría servir también este
conector, el cual en la compra de elementos es un accesorio aparte al sensor.
Se puede encontrar también el diagrama de colores de los cables internos del
conector, para conectar el otro extremo del cable.
Figura. 49. Diagrama de colores para conexión de 4 hilos.
Tomado de [12] Pág. 2/253.

93. 93
Donde:
BN: Brown. Se conecta al positivo de la fuente de alimentación.
WH: Blanco. Es la salida normalmente abierta.
BU: Azul. Se conecta al positivo de la fuente de alimentación o a tierra.
BK: Negro, es la salida normalmente abierta o salida analógica.
Esta indicación de colores se aplica también para los demás sensores, sin
embargo es importante al momento de la instalación revisar las hojas de datos del
dispositivo.
9.1.1.4 Sensor inductivo.
La elección de los sensores inductivos se llevo a cabo teniendo presente que se
requiere una distancia mínima entre sensores de tipo inductivo, es por esto que se
han seleccionado dos sensores de este tipo.
En la siguiente tabla se muestran ejemplos de algunos de los sensores
analizados, y en la segunda y tercera columna se encuentran los sensores
escogidos para el módulo.
Tabla 7. Sensor inductivo.
CARACTERÍSTICAS
3RG4014-3AG01
3RG4024-
0KB00
3RG4011-
0AG00
3RG4031-
6KD00
Numero de hilos 3 2 3 2
Forma M30x69 M 30x55 M 8x50 4x40x120
Montaje en metal Rasante Saliente Rasante Rasante
Distancia de trabajo Sn 10 mm 15mm 10 mm 15 mm
Material del cuerpo Metal con cara
plástica
Metal con cara
plástica
Metal con cara
plástica
Plástico
Tensión de empleo
15 a 34 Vdc
20-265 Vac /
20-320 Vdc
15-34 Vdc 20-265 Vac /
20-265Vdc
Cargabilidad [mA] 200 300 300 300

94. 94
Grado de protección IP65 IP65 IP65 IP65
Tipo de salida NA/pnp NA NA/pnp NA ó NC
Tomada de datos de [12].
El rango de detección de los sensores seleccionados es bastante grande si se
piensa en que estos sensores suelen tener distancias de detección muy
pequeñas. Los sensores escogidos presentan un rango adecuado para realizar el
análisis de sus características durante la práctica de laboratorio.
Los sensores inductivos como se ha dicho anteriormente requieren de una
distancia mínima entre ellos, dependiendo de su tamaño, rango de medición, y si
son blindados o no, es por esto que los sensores inductivos, serán ubicados en el
módulo, a la distancia correcta, para garantizar el adecuado funcionamiento y
mostrar a estudiante el ejemplo del montaje de sensores de este tipo.
Los parámetros que se deben tener en cuenta durante la instalación en metal de
dos sensores inductivos y a la distancia entre ellos se presentarán en la sección
correspondiente a diseño.
9.1.1.5 Sensores fotoeléctricos.
Con respecto a los sensores fotoeléctricos, la selección se basó en elegir
dispositivos representativos de este tipo y con aplicaciones especiales, es por esto
que se presentan en el módulo tres tipos de sensores para darle una mayor
variedad.

95. 95
• Sensor fotoeléctrico tipo Barrera.
Respecto a la elección del sensor tipo barrera (3RG 7642-0AB00 y 3RG 7642-
0BG00), se quería que este tuviera una distancia de detección pequeña, pero el
alcance de esta clase de sensores es bastante amplio, lo cual no quiere decir que
no se puedan poner más cercanos entre sí, por ejemplo en el módulo irán
ubicados emisor y receptor a una distancia de 1 metro, y se comprobará detección
dentro de ese rango, pero si se llegara a necesitar un rango más amplio se
podrían ubicar estos sensores a una distancia de hasta 60 m uno del otro, según
lo registra su hoja de datos.
Este sensor solo puede trabajar en ambientes claros, es por esto que servirá
dentro del módulo para observar los efectos que presenta cuando trabaja claros,
ambientes con poca luz u oscuros.
Tabla 8. Sensor fotoeléctrico tipo Barrera.
CARACTERÍSTICAS
3RG 7642-0AB00
y
3RG 7642-0BG00
3RG76 42-0CC00
3RG 7202-6FG00
y
3RG 7212-6MC00
Numero de hilos 3 4 2
Forma M18x50 M18x55 83x61x25
Distancia de trabajo Sn 600 cm 600 cm 50 m
Material del cuerpo Metálico, con cara
plástica
Metálico, con cara
plástica
Tensión de empleo 10 a 36 Vdc 10 a 30 Vdc 20 hasta 300 Vac/dc
Cargabilidad [mA] 200 ----------- 3000
Grado de protección IP67 IP67 IP67
Tipo de salida pnp, conmutación con
luz
pnp
Relé
Ambiente de trabajo Claro Claro u oscuro Claro u oscuro
Tomada de datos de [12].

96. 96
Presenta conexión de 3 hilos, y se conectará de la misma forma en la que se
conectó el sensor ultrasónico, basándose en el diagrama de conexiones y en el
código de colores (figura. 48).
• Sensor fotoeléctrico Auto-réflex.
Tabla 9. Sensor fotoeléctrico Auto-réflex.
CARACTERÍSTICAS 3RG 7620-1RH60 3RG7640-0CC00 3RG72 10-6MC00
Numero de hilos 4 4 2
Forma M18x55 M18x55 83x61x25
Distancia de trabajo Sn 8 cm 80 cm. ajustable 2 m
Material del cuerpo Plástico Metálico Metálico
Tensión de empleo 10ª 30 Vdc 10 a 30 Vdc 20 a 320 Vac/dc
Cargabilidad [mA] 150mA 150 mA 2A
Grado de protección IP67 IP67 IP67
Tipo de salida pnp/npn pnp Relé
Ambiente de trabajo Claro u oscuro Claro u oscuro Claro u oscuro
Tomada de daros de [12].
Una de las características más importantes para la elección de este sensor (3RG
7620-1RH60) se basó en su pequeña distancia de detección.
La siguiente característica a tener en cuenta es que este dispositivo presenta su
emisor y receptor en la misma carcasa.
Se escogió también debido a que posee conexión de cuatro hilos con transistores
npn y pnp, la cual servirá para establecer diferencias entre una y otra durante la

97. 97
práctica y conocer también este tipo de conexión ya analizada en el cuarto
capítulo del presente documento.
Mediante la polarización de alimentación puede trabajar en ambientes claros u
oscuros, lo cual se analizará durante las prácticas de laboratorio.
• Sensor fotoeléctrico Réflex
Tabla 10. Sensor fotoeléctrico Réflex.
CARACTERISTICAS 3RG74 01-0CH52 3RG74 01-0CH61 3RG70 11-0CC00
Numero de hilos 4 4 4
Forma Cubica 32x20x12 Cubica 32x20x12
Distancia de trabajo Sn 50 cm 3.5 m 4 m
Material del cuerpo Metálico, con cara
plástica
Metálico, con cara
plástica
Metálico, con cara
plástica
Tensión de empleo 10 a 30 Vdc 10 a 30 Vdc 10 a 36 Vdc
Cargabilidad [mA] 100 mA 100 mA 200 mA
Grado de protección IP67 IP67 IP67
Tipo de salida pnp pnp pnp
Ambiente de trabajo Claro u oscuro Claro u oscuro Claro u oscuro
Tomada de datos de [12].
El Sensor fotoeléctrico Réflex (3RG74 01-0CH52) seleccionado posee la
capacidad de detectar objetos transparentes, el cual es uno de los principales
motivos por los que se optó por este dispositivo para hacer parte del módulo. A
pesar de contener el receptor y el emisor en la misma carcasa, necesita de un
accesorio (reflector especial). Este reflector no requiere de una alineación perfecta
para reflejar la luz sobre el receptor del sensor, pero si existe cierto límite en esta

98. 98
alineación, es por esto que durante una de las prácticas se plantea la alineación
experimental de este accesorio.
El proceso de alineación entre el sensor y el accesorio reflector por sí solo no es
suficiente ya que requiere de una función especial denominada Teach-in, la cual
se debe efectuar durante dicho proceso, es por esta característica y por las
mencionadas anteriormente que finalmente se escogió este dispositivo.
Conectores: En los detectores con forma cilíndrica se utilizan de forma estándar
conectores de 8 mm o conectores con rosca M12 (3 ó 4 polos). Para poder unir el
conector del detector con bornes o similares se requiere un prolongador (cable con
contra-conector), Esa información se presenta en los catálogos de ventas.
Algunos de los sensores cuentan con conexión y desconexión rápida, como en el
caso del sensor ultrasónico, el cual requiere de un conector especial de cuatro
polos, este conector se puede utilizar para conexión de sensores también de 3 y 2
hilos que posean la misma forma (diámetro y muesca).
Los demás conectores que se usan vienen fijados ya al sensor, es decir no se
pueden quitar o poner. Y el sensor capacitivo que funciona con alterna se conecta
mediante bornes.
Cables: Generalmente se emplean cables flexibles resistente al aceite con
cubierta exterior de poliuretano (PUR) y una longitud estándar de 2m. Sí los cables
van a entrar en contacto con ácidos y bases, se recomienda pedir modelos con
cable de PVC. En detectores para aplicación según UL (Underwriters Laboratories
Inc) y CSA (Canadian Standards Association) debe pedirse cable de PVC. Se
suministran cables de longitudes o materiales distintos bajo consulta.

99. 99
Los cables que se tienen para los sensores del módulo cuentan con cubierta
exterior de poliuretano, que como se dijo en el párrafo anterior son los que
generalmente se emplean, y no se tuvieron en cuenta los demás ya que no se
requieren.
Longitud del cable: En detectores de proximidad los cables largos tienen los
siguientes efectos negativos:
• Carga capacitiva en la salida.
• Efecto reforzado de señales perturbadoras.
No se debe sobrepasar una longitud de 300 m aunque las condiciones sean
favorables.
El cable más largo de los sensores escogidos tiene una longitud de 1 m.
Tendido de cables: Los cables de conexión de los detectores de proximidad no
deben tenderse dentro de una canaleta en paralelo a otros cables para cargas
inductivas (p.ej. bobinas de contactores, electroválvulas, motores) o cables que
conduzcan las corrientes de convertidores de frecuencia (variadores).
Para prevenir posibles perturbaciones, se pueden tomar las siguientes medidas:
• Distancia frente a cables perturbadores > 100 mm.
• Apantallamiento
• Desparasitar las bobinas (de contactores, relés, electroválvulas) con elementos
RC o varistores.).
Estos parámetros se debieron tener en cuenta al momento del montaje para los
dos sensores inductivos.

100. 100
Material de construcción del módulo (COLD ROLL): El material que se utilizó
para la construcción de la carcasa del módulo se conoce como COLD ROLL. Son
láminas de acero que garantizan la resistencia necesaria para el diseño del
módulo, ya que al ser portable requiere la dureza suficiente para soportar el
traslado de un lugar a otro.
Visualizador: El visualizador que se usa para el módulo es un dispositivo que
recibe la señal proveniente a la salida de un sensor y la transforma a un valor de
distancia. Mediante una pantalla formada por una serie de displays 7 segmentos,
se puede visualizar el valor de la correspondiente distancia medida. A
continuación se nombran las características del visualizador empleado para el
módulo.
Figura. 50. Visualizador DA5-IU-2K-V.
Tomada de [11].
• Indicador multifunción Display LED de 5 dígitos.
• Entradas Analógicas 0/4-20 mA. (Corriente) y 0/2-10 VDC (Voltaje).
• 2 valores de disparo ajustable para detección de nivel.
• 2 salidas de relé.
• Reset automático, manual o con señal externa.
• Voltaje de alimentación 90-260VAC.
• Salida auxiliar para alimentación de sensor 24 VDC IP65.

101. 101
• (Panel Frontal), IP20 (Unidad Completa).
• MARCA: PEPPERL+FUCHS.
Permite conexión con sensores de salidas analógicas tanto en corriente como
voltaje, y sensores de salidas todo-nada para detección del nivel alto y bajo.
Funciona como fuente de alimentación para un sensor que pueda operar a 24
VDC.
9.2 Diseño
Sabiendo ya que sensores contendrá el módulo y mediante la información
recopilada con respecto a los tipos de sensores y en especial a los que se
eligieron, se puede proceder a diseñar el módulo, el cual requiere de ciertas
especificaciones en especial respecto a sus dimensiones para asegurar el buen
funcionamiento de los sensores y dispositivos. En la figura 59 se observa el
módulo y las partes principales que lo conforman.
Principales partes del módulo.
Se denominan partes principales debido a que durante este capítulo y también
durante las guías se hará referencia a ellas de forma específica.
Bandeja de detección: El objeto a detectar se ubica en la bandeja, en la posición
deseada mediante unas reglas de medida ubicadas en ella, las cuales permiten
elegir las coordenadas o distancia del objeto con respecto a un determinado
sensor.

102. 102
Panel frontal: En el panel frontal se pueden encontrar los diversos sensores, en
aquellos que son montables a ras tan solo se podrá observar la cara del sensor,
en aquellos no montables a ras se puede observar parte del cuerpo del sensor.
Tapa posterior: O simplemente tapa, este elemento permite tener acceso a las
conexiones y elementos internos del módulo.
Con la tapa cerrada se puede observar el resumen de las advertencias a tener en
cuenta al momento de opera el módulo.
Por las dos caras de la tapa se puede observar el diagrama de conexiones de los
elementos internos del módulo. De manera que teniendo la tapa abierta no se
requiera de abrir y cerrar para corroborar conexiones.
Soporte para accesorios: Los sensores fotoeléctricos que requieren de
accesorios, o parte de su funcionamiento dependen de dos o más partes que se
sitúan frente a ellos en el soporte para accesorios.
Figura. 51. El módulo y sus partes principales.

103. P
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105. 105
Figura. 54. Dimensiones del sensor ultrasónico.
Tomada de [12] Pág. 2/37.
Ancho del módulo (80 cm).
Este ancho depende básicamente de la cantidad de dispositivos que se utilizan, y
de la distancia que se requiera respetar entre los diferentes sensores del módulo.
Primer sensor: El primer sensor (mas a la izquierda), es el de tipo laser. Con
respecto a la distancia de este medidor a las superficies no existen mayores
restricciones al momento del montaje. Se ubica cómo primer elemento para
facilitar el desplazamiento del objeto a detectar.
Segundo sensor: El siguiente sensor o sensor número 2, es de tipo fotoeléctrico
específicamente réflex, con respecto a este sensor tampoco hay restricciones con
respecto a las superficies, no obstante se deja una distancia de 79 mm con
respecto al sensor de distancia de 8 metros (primer sensor), sin embargo se pide
en las guías comprobar que este elemento no cause interferencias al sensor, ya
que según la figura 63 debería respetarse según la tabla 11 una distancia a de 250
mm, entre dispositivos del mismo tipo, pero debido a que no son de la misma
clase, se plantea como prueba de laboratorio establecer la influencia de un

106. 106
dispositivo sobre el otro. Las distancias de la tabla 11 se establecen para sensores
SIEMENS, pero basados en la distancia de detección se extrapola a sensores de
otro fabricante, en este caso de PEPPERL+FUCHS, basando la decisión en el
rango del sensor de distancia.
Figura. 55. Vista frontal del módulo.
La tabla 12 muestra la distancia de la cota a según el tipo de sensor que se tenga
y según la clasificación que se tiene. Para saber qué tipo de sensor es (la
referencia que asigna el fabricante), se debe buscar en el catálogo y mirar la
distancia de detección, según esto se tendrá el dato adecuado extraído de la tabla.
Por ejemplo según la distancia de detección se encontró dentro del catalogo que
el sensor estaba clasificado como M18, y debido a esto se encontró el valor en la
tabla 12.

107. 107
Tercer sensor: Sensor de tipo réflex con necesidad de un espejo ubicado frente a
él de la manera más alineada posible, esta es la característica de montaje más
relevante con respecto a sensores fotoeléctricos con este tipo de accesorios.
Figura. 56 Distancia mínima entre sensores fotoeléctricos.
Tomada de [12] Pág. 2/71.
Tabla 11. Distancia a según dimensiones de los catálogos de venta para sensores
fotoeléctricos SIEMENS.
Detectores fotoeléctricos de
proximidad
Cota a
D4/D5 50 mm
M12 250 mm
M18 250 mm
K31 750 mm
K80 500 mm
L18(Barrera a láser) 150 mm 1)
L50(Sensor difuso a láser) 30 mm
L50(Barrera a láser) 80 mm
C50(Sensor cromático) 500 mm
1)
Enfocado a 50 m
Tomada de [12] Pág. 2/71

108. 108
Existe una distancia entre este y el segundo sensor de 106 mm, la cual es más
que suficiente para evitar interferencias, debido a que la distancia que se
especifica según la tabla es de 50 mm, sin embargo en las guías se propone
analizar el comportamiento de ambos sensores operando de manera simultánea.
Cuarto Sensor: También sensor fotoeléctrico, en este caso tipo barrera, igual que
en caso anterior de dos partes que se denominan emisor y receptor, como sus
nombres lo indican, la función de cada uno de ellos es clara. Pueden ir ubicados
del lado que se quiera en el módulo, pero en este caso el emisor ira dentro del
cajón de sensores, y receptor ubicado justo frente a él y al lado del espejo del
sensor anterior.
Quinto sensor: Este sensor tiene pocas restricciones con respecto a su montaje
debido a que es el único de tipo capacitivo del módulo, a que es blindado y su
campo es concentrado, es por esto que solo requiere de una distancia 24 mm a
lado y lado del centro de su cara, según como muestra la figura 64. La distancia
que se deja en el módulo de este sensor con respecto a la superficie es de 150
mm, la cual entonces de acuerdo a los datos suministrados por el fabricante es
más que suficiente para asegurar el correcto funcionamiento.
Figura. 57. Zona de detección del sensor capacitivo.
Tomada de [12] Pág. 2/247.

109. 109
Sexto Sensor: El sensor inductivo no blindado si posee una distancia mínima
entre la superficie metálica y su cuerpo, para evitar interferencias debido a que
detecta metales. Esta distancia garantiza la adecuada detección. Además hay que
respetar una distancia entre sensores inductivos.
Figura. 58. Distancia entre sensores inductivos 3RG4024-0KB00 SIEMENS.
Tomada de [12] Pág. 2/273.
Debido principalmente a los sensores inductivos se optó por esta altura para todos
los demás sensores, tal que existiera alineación entre ellos y respetando las
distancias a la superficie de todos los sensores. Por lo tanto se puede decir que
este sensor inductivo estableció uno de las dimensiones mínimas de diseño para
el módulo.

110. 110
Figura. 59. Distancia entre sensores inductivos 3RG4014-3AG01 SIEMENS.
Tomada de [12] Pág. 2/204.
La distancia con respecto a la superficie asignada en el módulo es de 150 mm, la
cual es más que suficiente para evitar interferencias con el material de dicha
superficie.
Séptimo sensor: Sensor inductivo blindado. Se optó de nuevo por otro sensor
inductivo para hacer notar la distancia entre sensores del mismo tipo. Aunque no
es igual al anterior sensor, debido a que este es montable a ras figura 66, puede
ocasionar interferencias en el campo de detección, del sensor anterior, o aun mas,
ser interferido por el sensor anterior ya que al ser blindado su campo
electromagnético es mucho más concentrado, por lo tanto la máxima distancia de
este sensor al sexto será tomada en cuenta con respecto no a sus
especificaciones sino a las del anterior.
Advertencias para operar el módulo.
• Abrir bajo supervisión del docente, o con su autorización.
• No forzar desconexión mientras los elementos estén encendidos.

111. 111
• Usar calzado adecuado para evitar descargas eléctricas, ya que existen
elementos que funcionan a más de 110 V, directamente de la línea.
• No derramar líquidos en el exterior ni en el interior del módulo. Esto Podría
causar corto circuitos, y fallos irreversibles a los dispositivos.
Características visuales del módulo.
El color del módulo se acordó gris, esto permite tener contraste entre los
esquemáticos que se mencionaron anteriormente, y los diferentes mensajes de
advertencias para su utilización. Además es el color de muchos de los elementos
que se encuentran dentro de la industria, es necesario emplear pintura
electrostática, para aislar el metal.

112. 112
10. INFORME DE RESULTADOS
10.1 Creación de las guías de laboratorio.
Las guías se presentan en ANEXO C, en este capítulo solo se presenta una
introducción correspondiente a cada guía.
Para operar cualquiera de los dispositivos adquiridos, fue necesario cumplir con la
mínima condición de leer las hojas de datos de cada uno de los sensores (las
cuales son en muchos casos suficientes para la manipulación de estos
elementos), con esto se sabe que precauciones se deben tener al momento de
operarlos, de qué manera se pueden conectar a las fuentes de alimentación, y
como se conecta la carga a la salida.
Se puso en funcionamiento cada sensor y se verificó que cumple por lo menos con
el rango especificado en su hoja de datos, es decir que frente a determinado
condición, varía su salida, en los valores que especifica el fabricante, ya que como
se dijo al principio, las condiciones ambientales producen pequeñas variaciones
en su desempeño con respecto a las que se especifican en los catálogos.
En base a las características de cada sensor se han propuesto tres guías para
poder trabajar con el módulo de sensores en el laboratorio de la asignatura
instrumentación electrónica, que servirán para afianzar conocimientos con
respecto a elementos de medición de distancia y detección de proximidad.
El contenido de las guías se realizo teniendo en cuenta los conocimientos previos
acerca las guías de laboratorio realizadas a lo largo de la carrera: A continuación
se muestra el contenido general de las guías realizadas.

113. 113
10.2 Contenido de las guías para el módulo didáctico de sensores.
• Título.
• Introducción.
• Objetivos.
• Marco teórico.
• Conocimientos previos.
• Procedimiento.
• Preguntas.
• Referencias bibliográficas.
• Conclusiones.
Título: El título presenta la idea general de las guías mediante un nombre
adecuado.
Introducción: Presenta un preámbulo del contenido de la guía, dando a conocer
aspectos importantes acerca de cada punto de la misma y de aquellas
características a tener en cuenta con respecto al tema tratado. Y hace referencia a
aspectos que despierten interés en el estudiante.
Objetivos: Los objetivos se basan en los conocimientos que se desea que el
estudiante adquiera durante la práctica, Además del tema a tratar, los objetivos de
las guías se diferencian dependiendo del tipo de sensor analizado.
Marco teórico: El marco teórico presenta un resumen de los temas de la guía,
basado no solo en los libros sino en los documentos técnicos de los dispositivos a
emplear en la práctica. Los temas se referencian a su contenido de origen para
que el estudiante pueda profundizar sobre el tema.

114. 114
Conocimientos previos: Es necesario que el estudiante conozca antes de cada
guía, algunos aspectos relevantes, con respecto al tema, y que sepa manejar
ciertos elementos de laboratorio, para que pueda sacar el mayor provecho de la
práctica. Sin embargo gran parte del conocimiento previo se encuentra contenido
en el marco teórico y en las referencias citadas.
Procedimiento: Basados en la documentación respecto a los sensores se han
creado una serie de pasos a realizar que permite efectuar el análisis de los
elementos, en donde se puedan observar las características, similitudes y
diferencias entre sensores.
Preguntas: En el transcurso del procedimiento se presentan preguntas que
ayudan a afianzar los conocimientos obtenidos durante algún punto de la guía.
Referencias: Cada una de las referencias citadas en el marco teórico serán
enumeradas, y además se presentarán otras más que podrían servir para mayor
documentación con respecto a los temas.
Conclusiones: Espacio para que el estudiante presente los resultados en cuanto
a los conocimientos que adquirió durante la realización de la práctica, se debe
concluir en base a los objetivos, sin embargo cualquier conclusión, recomendación
o comentario es viable.
10.3 Contenido especifico de cada guía.
Primera guía. Esta guía se titula “reconocimiento del módulo didáctico de
sensores”.

115. 115
En esta guía se encuentra la parte correspondiente a manejo de sensores
industriales, y la conexión entre estos y otros dispositivos, teniendo en cuenta, la
distancia entre dispositivos, los tipos de conectores y los cables a emplear.
Los pasos se plantean para que el estudiante pueda conocer cada uno de los
elementos que conforman el banco de trabajo tanto interna como externamente,
sin necesariamente saber de manera específica de que elementos se trata
(mientras más conocimiento previo se obtendrá mayor provecho de la práctica).
Cuando el estudiante este seguro que el módulo este correctamente conectado
podrá energizarlo y mediante los materiales contenidos en la caja de materiales
para el módulo, realizará una pequeña prueba de detección acercando ciertos
materiales a cada una de las caras de los sensores, para observar lo que ocurre y
para tener una idea de la siguiente práctica.
Segunda guía. Esta se titula “caracterización de sensores capacitivos e
inductivos”.
Para esta guía se proponen analizar características generales en elementos de
medición y especificas de los sensores capacitivos e inductivos. En base a los
pasos realizados y a los obtenidos se realizan los cálculos correspondientes a
ciertos parámetros que permiten caracterizar y conocer el funcionamiento del
sensor frente a determinadas condiciones de desempeño, además en esta guía se
pueden hallar diferencias y similitudes entre los valores que entrega el fabricante y
los obtenidos de manera experimental.
Los cálculos realizados deberán ser registrados en tablas y en algunos casos
realizar curvas para de esta forma llevar a cabo un análisis más detallado de las
características de los sensores.

116. 116
Existen ciertas similitudes que serán observadas entre los dos sensores en
análisis, lo cual puede hacer que los cálculos de solo uno de ellos puedan cubrir
los objetivos propuestos para dicha práctica, sin embargo solo el docente podrá
definir los límites de la guía.
De igual manera que el docente puede optar por omitir ciertos pasos de la guía,
también puede optar por agregar pasos que considere de importancia con
respecto al tema.
Tercera guía. Esta se titula “caracterización de sensores fotoeléctricos y
ultrasónicos”.
Esta guía pretende conocer características específicas de los sensores
ultrasónicos y fotoeléctricos, características que se basan en su principio de
funcionamiento y en lo que los convierte en elementos de importancia en ciertos
procesos industriales.
Nuevamente se observaran diferencias y se tendrá que especificar las diferencias
y similitudes encontradas con respecto a los dispositivos empleados en esta
práctica.
Se plantea de nuevo el cálculo de las características generales, pero en este caso
solo para el sensor laser, dividiendo el rango en intervalos de 10 cm y asignando a
cada grupo de trabajo un rango de manera que se pueda cubrir la longitud del
banco de trabajo.
En base a los datos obtenidos e igual que en la guía anterior se propone al
estudiante realizar cálculos y graficas con el fin de obtener un análisis detallado
del sensor.

117. 117
11. CONCLUSIONES.
11.1 Conclusiones objetivo general.
La base para la construcción de un módulo didáctico de sensores como en el
presente proyecto, o la aplicación de estos dispositivos en la industria requiere
cómo mínimo del estudio de sus hojas de datos, las cuales ilustran la manera de
operarlos y la manera correcta de instalarlos, entre otros. Sin embargo mientras
más conocimiento se tenga acerca de las características del sensor, en especial
en lo referente a su principio de funcionamiento, se podrá dar un mejor manejo en
las diferentes aplicaciones. Es por esto que la documentación de los sensores no
solo se enfocó a los aspectos técnicos, sino a la parte del funcionamiento interno
del dispositivo, de tal manera que al final se contara con un producto mucho más
completo que permita entender y observar con mayor profundidad la forma en la
que operan los dispositivos empleados para detección y medición de distancia en
la industria.
El módulo como herramienta para prácticas de laboratorio requiere de guías, las
cuales deben estar también basadas en la documentación antes mencionada, de
tal forma que actúen como complemento para poder sacar el mayor el provecho
durante el tiempo disponible para la práctica.
11.2 conclusiones objetivos especificos.
• Se encontró que un sensor industrial de cualquier tipo se diferencia de un
sensor común, básicamente, en que cumple con ciertas normas establecidas
por organismos internacionales como por ejemplo la IEC 60529, como se
mostro en la tabla 1 del presente documento, las cuales están basadas en las
características de los entornos que se presentan en los ambientes industriales,

118. 118
de tal manera que el nivel de protección garantice el buen funcionamiento en
determinadas aplicaciones. Algunos sensores no requieren un nivel de
protección tan alto, no solo por que el ambiente en el que sea más común
encontrarlos sea menos agresivo que otro, sino que debido a que son inmunes
por si solos a ciertos factores pueden desempeñarse de manera correcta en
algunos entornos en los que otros sensores con la misma protección no
podrían, un ejemplo de esto es el sensor inductivo, el cual no se ve afectado,
por factores como el polvo, mientras que un sensor fotoeléctrico o un
capacitivo sí podría verse afectado.
Durante la documentación se encontraron diferencias marcadas entre sensores
no solo con respecto al principio de funcionamiento, por ejemplo, los sensores
fotoeléctricos y ultrasónicos tienen alcances que pueden llegar hasta varios
metros, mientras que los de tipo capacitivo e inductivo solo alcanzan unos
pocos centímetros.
Los detectores de tipo capacitivo son de gran utilidad, debido a que como se
encontró literalmente según algunos autores pueden ver a través de algunos
materiales, esto permite la detección de ciertos componentes contenidos en
recipientes. Para esto sin embargo es necesario conocer ciertos parámetros,
tales como que un material cuya constante dieléctrica sea alta debe estar
contenido en un recipiente de material con constante dieléctrica baja. Por
ejemplo, el alcohol (ε=25.8) se podría detectar a través del vidrio (ε=3.7-10)
mientras que la harina no (ε =1.5 - 1.7).
A pesar de que todos los sensores estudiados en el presente trabajo pueden
detectar metales, el más recomendado para dicha aplicación es el detector
inductivo, debido a que tanto sus características con respecto a ambientes con
polvo y suciedad como su costo lo hace la mejor alternativa.

119. 119
El sensor ultrasónico cuando es utilizado para detectar objetos lisos requiere
que la superficie de dicho objeto no se encuentre a una desviación mayor a 3
grados, sin embargo en aplicaciones con superficies irregulares, tales como
detección de nivel en tanques empleados para llenado de semillas o granos, no
se presenta este inconveniente; aunque es recomendable que cuando se
utilice en este tipo de aplicaciones en las que la superficie no es totalmente
horizontal, se realicen mediciones experimentales del valor del nivel.
En el sensor fotoeléctrico se usan lentes para enfocar la luz, es por esto que la
distancia entre los dispositivos fotoeléctricos y las superficies no requiere de
dimensiones tan grandes como en el caso de los sensores de ultrasonido, y
algunos inductivos y capacitivos en especial los no blindados, sin embargo
mientras más angosto sea el rayo de luz, será más difícil enfocarlos, en
aquellos casos en los que se trabaje con dispositivos con emisor y receptor
separados o con accesorios como reflectores. El punto luminoso para un
sensor con un campo de visión de 1,5° es de entre 7,6 cm (3 pulgadas) a 3,05
m (10 pies), lo cual dificulta mucho la alineación.
En resumen, la documentación se encontraron ciertas ventajas y desventajas
con respecto a la utilización de determinado sensor en alguna aplicación,
notándose en algunos casos que se basan en datos experimentales, tomados
directamente de la aplicación industrial, mientras que en otros casos pareciera
más bien que el fabricante ha desarrollado métodos basados en los principios
de funcionamiento para demostrar la viabilidad del dispositivo en determinada
función.
• Al momento de realizar el diseño del módulo se encontró que es necesario
cumplir con ciertas especificaciones con respecto a los dispositivos a instalar
dentro del montaje, las cuales tienen que ver con la distancia de los sensores a
las superficies y la separación entre ellos en especial cuando son del mismo

120. 120
tipo. Durante la recopilación de datos con respecto a los dispositivos según sus
fabricantes, se encontró que muchos de ellos especifican estas distancias, sin
embargo existen documentos que generalizan estas especificaciones según
reglas basadas en dimensiones proporcionales a las dimensiones del sensor
en especial en el diámetro o medida de la cara de detección. Se recomienda
revisar siempre que sea posible las indicaciones del fabricante, ya que pueden
ser más específicas y acertadas.
• Durante la realización de las guías se tuvieron en cuenta los detalles tanto
generales como específicos de los sensores, esto con el fin de dar a conocer
mediante cada una, aspectos relevantes con respecto a la medición y la
detección de objetos en los procesos industriales. Cada guía permite
determinar diferencias y similitudes entre dispositivos, por tanto se organizaron
de tal manera que se analizará después de la primera práctica, sensores con
características similares, donde la segunda práctica analiza a los de tipo
capacitivo e inductivo y la siguiente a los de tipo ultrasónico y fotoeléctrico.
La ubicación de cada sensor tomada para la construcción del módulo y las
conexiones no solo se tuvo en cuenta al momento del diseño sino que además
hace parte de la primera guía, ya que el montaje es uno de los parámetros que
garantiza el correcto funcionamiento de los dispositivos, recomendación que se
encontró en mucha de la bibliografía utilizada en el presente trabajo.
Las características específicas de cada tipo de sensor permiten que en cada
práctica se conozcan aplicaciones en las que determinado sensor podría
desempeñarse mejor que cualquiera de otro tipo, cabe resaltar que las
diferencias en las aplicaciones de los sensores o en sus características
especificas, es uno de los temas que despertó más interés durante la
realización del proyecto en general y en base a esto se toman en cuenta y se
han mencionado durante las guías.

121. 121
BIBILIOGRAFIA
[1] Allen Bradley. Fundamentos del sensado o detección de presencia. Copyright
1999 Rocwell internacional. Publicación FSM-900las. Enero 2000. (manual de
capacitación).
[2] Benavides L., Villamizar R. Transductores de proximidad. Trabajo de grado.
Bucaramanga: Universidad Industrial de Santander. Escuela ingeniería
eléctrica, electrónica y telecomunicaciones, 2001.
[3] Creus A. Instrumentación Industrial 6° ed. AlfaOmega (Boixerau editores)
Marcombo. España 1999.
[4] DUFOUR I, An original approach to eddy current problems a commplex
electrical image concept. En: IEEE. Transactions on magnetic; Vol. 32 No. 2
(Marzo de 1996).
[5] Finn A, Fisica, Fundamentos cuánticos y estadísticos, Wilmington: Addisol
Wesley Iberoamericana, S.A. Vol III, 1976
[6] HAYT W, Teória Electromagnetica Mc Graw Hill, Mexico, 5 Ed. 1991. Cap5.
[7] Ing. José Alejandro Amaya Palacio. Diapositivas Primer Curso:
SENSORES_2007. INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA
[8] Mandado E., Marcos J., Fernández C., Armesto J., Perez S. Autómatas
programables entorno y aplicaciones. 1ª ed. España: THOMSOM, 2006.

122. 122
[9] Mayne. J. Ingeniero de aplicaciones SILICA. Sensores Acondicionadores Y
Procesadores de señal. Rev.2003.
[10] Pepperl+Fuchs GmbH, Lilienthalstraße 200, 68307 Mannheim,
Germany. Todos los derechos reservados [citado 5 de mayo de 2010; 14:26].
Disponible en internet:
http://www.pepperl-fuchs.es/cps/rde/xchg/spain/hs.xsl/goto-
selector.htm/papp/Selektor/selector/gui/start_selector.kly?lang=ESN&prod_id=435
06&cid=7&rdsessid=SID-B3D19533-8BEC689B&rdeCOQ=SID-4EB41455-
2355BC0F.
[11] Pepperl+Fuchs [citado 10 de mayo de 2010; 17:30] Disponible en internet:
http://www.pepperl-fuchs.es/cps/rde/xchg/spain/hs.xsl/21.htm
[12] SIEMENS AG 2008. Catalogo FS 10.2008.

123. 123
ANEXOS.
ANEXO A OTROS TIPOS DE SENSORES INDUCTIVOS.
LVDT.
Un LVDT es un dispositivo electromecánico utilizado para medir desplazamientos
angulares que consiste de dos componentes: Un cuerpo hueco cilíndrico que
contiene dos bobinados secundarios idénticos los cuales están posicionados en
ambos lados del bobinado central primario y un núcleo de ferrita cilíndrico se
mueve libre longitudinalmente dentro de la bobina. Los secundarios típicamente
están conectados en serie en oposición uno de otro.
Figura. 60 LVDT.
Tomada de [9] Pág. 26.
Sencillamente, los LVDT son transformadores con núcleo movible. Aplicando una
señal alterna de excitación al bobinado del primario, genera un campo magnético
que se acopla a los bobinados del secundario a través del núcleo de ferrita móvil,

124. 124
por esto se inducen voltajes en los secundarios. Cuando el núcleo está centrado
entre los dos secundarios, los voltajes inducidos en ambos son iguales y puesto
que están conectados en serie en oposición, el voltaje final será cero. Si el núcleo
se mueve en dirección del secundario 1, el voltaje incrementa, y el voltaje del
secundario 2 decrece; de este modo el voltaje neto final V1-V2 será de la misma
polaridad (en fase) como el de referencia. Si el núcleo se mueve en dirección
opuesta, V1-V2 será de polaridad opuesta (180º de desfase).
Figura. 61 Bobinado del LVDT.
Tomada de [9] Pág. 26.
De este modo, como el núcleo de ferrita se mueve a lo largo de sus ejes dentro del
LVDT, el voltaje de salida empieza con una polaridad, decrece completamente a
cero, después incrementa con polaridad opuesta, todo de una manera continua y
suave.
Los LVDT típicamente están diseñados para dar un voltaje de salida lineal
alrededor de cero (dentro del ± 0.25% sobre un rango lineal especificado de
recorrido). Para una selección de LVDT típica, el rango lineal nominal puede ser
desde ± 0.05 pulgadas hasta ± 10 pulgadas, con cuerpo correspondiente a
longitudes desde 1 pulgada hasta 30 pulgadas. Aunque los LVDT son robustos y
exactos, solo producen salidas de bajo voltaje (la sensibilidad está entre 6.3 y 0.08

125. 125
mV por voltio de excitación por milímetro de desplazamiento) y por lo tanto
necesitan mucho cuidado al realizar la amplificación.
Figura. 62. Voltaje de salida con respecto a la posición.
Tomada de [9] Pág. 26.
Acondicionamiento de Señal de los LVDT.
La mayoría de tareas de un acondicionador de señal LVDT, se dedican a
transformar las dos señales ac desfasadas 180º a un simple voltaje dc que
representa la posición longitudinal. Por lo tanto se requiere alguna forma de
demodulación para acondicionar la conversión de ac a dc. El modo más común
utilizado para acondicionar la señal LVDT es la técnica de demodulación síncrona.
En demodulación síncrona, la excitación del primario sirve como referencia para el
demodulador. El demodulador rectifica a media onda la señal ac., después se filtra
con pasa bajos para producir una salida dc. Cuya magnitud indica el movimiento
(posición) lejos de la posición central y cuyo signo indica la dirección.
El método de conversión de las señales LVDT, utiliza un número elevado de
componentes discretos e integrados, como se muestra a continuación, donde tiene
cuatro secciones: oscilador/excitador, amplificador de entrada, demodulador y filtro

126. 126
pasa-bajos. Con la introducción del AD698, Analog Devices da soporte a las
aplicaciones de acondicionamiento de señal de los LVDT. Es un completo
convertidor monolítico de LVDT a salida en voltaje en continua.
Figura. 63 Solución de acondicionador de señal LVDT con el AD698.
Tomada de [9] Pág. 27.
Inductosyn Lineal.
El sistema Inductosyn Lineal consiste en dos partes acopladas magnéticamente.
Por una parte, la regla, está fija a lo largo del eje de medición (por ejemplo, la
bancada de una máquina herramienta). Por otra parte, el deslizador, está colocado
de modo que se pueda mover a lo largo de la regla y está asociado con el
dispositivo que va a ser posicionado (por ejemplo, el transportador de una
máquina herramienta).
La regla consiste en una base de material tal como el acero, el acero inoxidable, el
aluminio, etc, cubierto por una capa aislante. Pegado a la base está un circuito
impreso formando una forma de onda rectangular continua. De hecho la regla está
hecha generalmente de secciones de 10 pulgadas que se unen una a continuación

127. 127
de la otra hasta llegar a la longitud a medir. El paso cíclico de la forma de onda
tiene generalmente 0.1 pulgada, 0.2 pulgadas o 2 mm.
El deslizador tiene normalmente 4 pulgadas de largo y tiene dos pistas de circuito
impreso idénticas separadas en la superficie que se encara con la regla. Estas dos
pistas están formadas por una forma de onda exactamente igual al cíclico que la
regla, pero una pista está desfasada 1/4 de paso cíclico de la otra, 90º.
El deslizador y la regla están separados por una brecha cercana a las 0.005
pulgadas y está situada una pantalla electrostática situada entre ellas. Un
diagrama de la relación entre el deslizador y la regla se muestra en la figura 71.
Figura. 64 Relación entre el deslizador y la regla del Inductosyn Lineal.
Tomada de [9] Pág. 28.
Si a la regla se le aplica un voltaje AC (que es normalmente entre 5 kHz y 10 kHz)
V senwt, entonces la salida del bobinado del deslizador será:
V sen wt sen (2πX/S) y V sen wt cos (2πX/S)
Donde X es el desplazamiento lineal del deslizador y S es la longitud cíclica.

128. 128
ANEXO B CARACTERÍSTICAS GENERALES EN ELEMENTOS DE MEDICIÓN.
CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS.
Cuando un sensor está sometido a condiciones de variación lenta o estable en la
magnitud de entrada, condiciones ambientales constantes y ausencia de
condiciones externas fuertes, tales como golpes, vibraciones, aceleraciones (a no
ser que sea esta la magnitud a medir). A continuación se definen algunas de las
características más importantes.
Linealidad: Se refiere a la relación entrada-salida, para que exista linealidad esta
relación debería aproximarse a una línea recta. En donde existe por ende una
relación de proporcionalidad.
La no linealidad (concepto opuesto a la linealidad), es la máxima desviación de la
curva de calibración (es un tramo ascendente o descendente) respecto de la línea
de la línea recta que une los puntos extremos correspondientes al 0% y al 100 %
del valor fondo de escala. Se expresa en porcentaje del valor a fondo de escala,
siempre que el cero de la curva de calibración se haga coincidir con el origen de
coordenadas. [3] Pág. 11

129. 129
Figura. 65 Determinación de la no linealidad de la respuesta de un sensor.
Tomada de [8] Pág. 500.
Rango o campo de medida: Este término se refiere, al conjunto de valores que
pueden ser medidos entre el límite inferior y el superior de medición del sensor,
supóngase por ejemplo que determinado sensor mide distancia entre 20 cm y 80
cm, por lo tanto el campo de medida de este sensor es de 20-80 cm. Al rango o
campo de medida se asocia el concepto de rangeabilidad o dinámica de medida,
que hace referencia al cociente del límite superior e inferior, que para el presente
ejemplo es de 80/20=4. [3] Pág. 2.
Alcance o Span: Es la diferencia entre el límite superior y el inferior del campo de
medida. Para el ejemplo anterior, el span es de 80 cm-20 cm= 60 cm. [3]. Pág. 3.
Precisión: Este término hace referencia a la tolerancia máxima que tiene el
sensor a arrojar valores próximos al valor real. Define los límites de errores
cometidos, cuando el elemento es usado bajo condiciones de operación normal.
Este valor es admisible durante un periodo de tiempo determinado (por ejemplo un
año). Existen varias formas para expresar la precisión:
a) En porcentaje del alcance.
ó Vreal
V A %P
(5.1)

130. 130
Donde:
A= es el alcance.
P= precisión.
b) Usando las mismas unidades de salida.
Es decir por ejemplo si se tiene un valor de precisión de ±P, por tanto cualquier
valor de medida tendrá un rango de precisión de:
ó Vreal P (5.2)
c) En porcentaje de la medición efectuada. Entonces:
ó
%
(5.3)
Por lo tanto este valor es mucho mayor cuanto mayor sea el punto en el que se
mida.
d) En porcentaje del límite superior del rango o campo de medida.
ó Vreal
L %P
(5.4)
e) En porcentaje de la longitud de escala. SI la longitud de escala es X entonces
ó Vreal
X %P
(5.5)
Existen elementos que tienen diferentes tipos de precisión dependiendo de lo que
especifique el fabricante, por ejemplo la primera mitad del campo de medida
podría tener una precisión de a%, mientras que la parte superior podría tener un
b%. Lo importante es que estos valores se tengan en cuenta, de manera que se

131. 131
tenga control sobre el proceso. Esto ocurre ya que es imposible evitar las
limitaciones físicas de los elementos. [3] Pág. 7.
Zona muerta: Es el conjunto de valores del campo de medida que no presenta
efectos en el valor de la señal de salida del sensor. Viene dada en tanto por ciento
del alcance de la medida. . [3] Pág. 8.
Sensibilidad: Razón entre el incremento de la variable de salida normalizada, y la
entrada también normalizada. Es decir, si la entrada esta acotada, por ejemplo el
sensor mide de a hasta b, entonces cualquier variación a la entrada deberá ir
divida entre (b-a), luego si el sensor registra salidas por ejemplo de voltajes entre
Va y Vb, entonces cualquier variación a la salida deberá estar dividida por la
diferencia (Vb-Va), y luego dividir entre sí los dos resultados anteriores, el
segundo sobre el primero. [3] Pág. 8.
Exactitud: Es la capacidad que tiene el instrumento de presentar medidas
próximas al valor real. [3] Pág. 7.
Error.: El error es la diferencia algebraica entre el valor medido y el valor real de la
variable. El concepto anterior esta descrito para elementos de medición, y cabe
recordar que el sensor es en esencia un elemento de medición, y es necesario
conocer el error para determinar los ajustes requeridos sobre la señal de salida, se
debe recordar que el sensor es un dispositivo que trabaja en conjunto con otros
equipos, lo que representa también, errores de medida, lo importante es que el
usuario tenga previo conocimiento de las limitaciones de los elementos que usa.
[3] Pág. 4.
Al error que se registra para cuando el elemento mide un valor de entrada
constante, se le denomina error estático, se presenta cuando el elemento trabaja

132. 132
en estado estacionario o en régimen permanente, La diferencia entre el valor
instantáneo de la variable física y el valor real se denomina error dinámico.
Error medio: Es la medida aritmética de los errores en cada punto de la medida
determinados de los valores crecientes y decrecientes de la variable de medida.
Es necesario saber que cuando varios dispositivos están interconectados entre sí
como elementos de medición, existirá un error total que depende de la
contribución de los errores independientes de cada uno. Es decir:
1 2 3
Bueno lo anterior es si los errores máximos se presentan al mismo tiempo, lo cual
es poco probable, por lo tanto para el cálculo del error máximo total se suele usar
más convenientemente la siguiente expresión:
1 2 3
Repetibilidad: La repetibilidad es la capacidad de un sensor de detectar el mismo
objeto a la misma distancia todo el tiempo. Esta cifra se expresa como porcentaje
de la distancia de detección nominal y se basa en una temperatura ambiental y
voltaje eléctrico constantes.
Para calcular la repetibilidad existe una relación que se expresa de la siguiente
forma:
Donde las xi son las variaciones del valor real (x), y N es el número de puntos que
se evalúan.
El valor de la repetibilidad se da en porcentaje del alcance de la medida, y un valor
de ±0.1, es un valor considerable. [3] Pág. 9.

133. 133
Figura. 66 Repetibilidad.
Tomada de [1] Pág. -4.
Histéresis: La histéresis, o desplazamiento diferencial, es la diferencia entre los
puntos de operación (conectado) y liberación (desconectado) cuando el objeto se
aleja de la cara del sensor y se expresa como un porcentaje de la distancia de
detección. Sin una histéresis suficiente, el sensor de proximidad se conecta y
desconecta continuamente al aplicar una vibración excesiva al objeto o al sensor,
aunque se puede ajustar mediante circuitos adicionales. [3] Pág. 9.
Mínimo valor medible o Umbral. Es el cambio más pequeño en la magnitud de
entrada que produce un cambio en la salida. Se define en función de la magnitud a
medir y puede tener diferentes valores en las distintas zonas del rango. Depende
del principio de funcionamiento del elemento sensor.
CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS
Especifican la respuesta del sensor al variar la magnitud a medir. Los sensores,
como dispositivos reales que son, presentan una cierta incapacidad para seguir
las variaciones de la magnitud de entrada que superan determinada pendiente de
cambio, lo que da lugar a la aparición de errores cuando dichas variaciones son

134. 134
rápidas. Según esto, en aquellos casos en los que el sensor trabaja con
magnitudes de entrada que varían de forma rápida o en los que pueden aparecer
incrementos bruscos en la misma, es necesario conocer sus características
dinámicas.
Con objeto de definir cuantitativamente las características de respuesta dinámica
de un sensor industrial, se estudia la forma de onda de la señal de salida cuando
la magnitud de entrada varía de acuerdo con unas formas de onda determinadas
(variaciones senoidales o cambios en forma escalón).
Los parámetros que definen la respuesta dinámica de un sensor industrial se
analizan a continuación. [8]. Pág. 502.
Respuesta en frecuencia. Representa la variación de la relación de amplitudes,
salida/entrada, en función de la frecuencia, dentro de un rango definido de
frecuencias y variaciones senoidales de la magnitud a medir. La Figura 67 muestra
dos posibles curvas de respuesta en frecuencia.
Figura. 67 Curvas de respuesta en frecuencia de dos sensores industriales
diferentes.
Tomada de [8]. Pág. 502.

135. 135
Tiempo de respuesta. Se define como el tiempo transcurrido desde que se
aplica un cambio en escalón de la magnitud de a medir hasta que la salida alcanza
un porcentaje determinado de su valor final y se denomina tr. En los sensores todo
o nada se suele especificar como el valor medio del tiempo que tarda la salida en
pasar de todo a nada y viceversa (Figura 67).
Tiempo de subida. Determina el intervalo comprendido entre el instante en el
que la señal de salida alcanza el 10 % de su valor final y aquel el que alcanza el
90%, como resultado de un cambio en escalón en la magnitud de entrada, y se
denomina ts. Si el escalón fuese de variación negativa (descendente) este tiempo
sería de bajada (Figura 67).
Constante de tiempo. Simbolizada por , representa un caso particular del
tiempo de respuesta y se define como el valor de tiempo necesario para que la
salida alcance el 63% (concretamente el 63.2%) de su valor final cuando se aplica
una señal en escalón.
Amortiguamiento o sobre-oscilación (∆V). Es la diferencia entre el valor pico de
la señal de salida y su amplitud final, y suele expresarse en porcentaje de esta
amplitud. Si la señal de salida de un sensor, en respuesta a un cambio en el
escalón de la magnitud de entrada, oscila alrededor del valor final antes de
permanecer en este valor, se dice que se trata de un sensor subamortiguado. Por
el contrario, si la salida alcanza el valor final sin superarlo en ningún momento, se
dice que es sobreamortiguado. El amortiguamiento es un factor determinante del
límite superior de la respuesta en frecuencia.
El conjunto de características que se acaba de analizar establece la respuesta de
un sensor a un cambio escalón de la magnitud de entrada y constituyen lo que se
denomina respuesta transitoria. Se presenta en la Figura 68.

136. 136
Figura. 68 Respuesta transitoria de un sensor.
Tomada de [8] pág. 504.
Características de fiabilidad Aunque algunas características ambientales
pueden considerarse, en cierta medida, definitorias de la fiabilidad de un sensor,
las características de fiabilidad propiamente dichas son las que hacen referencia a
la vida útil de un sensor y a los errores que, como consecuencia del
envejecimiento del mismo, pueden aparecer con el transcurso del tiempo.
El envejecimiento de un sensor es algo con lo que se debe contar, a más o menos
largo plazo según el tipo de sensor de que se trate (ningún sensor dura
eternamente). Trae consigo una pérdida progresiva de las características, aunque
teóricamente, se podría alargar la vida del sensor, realizando las acciones de
mantenimiento adecuadas.
Se denomina vida operativa o vida útil de un sensor al intervalo de tiempo durante
el cual funciona correctamente en las condiciones previstas por el fabricante, que
incluyen las acciones de mantenimiento anteriormente indicadas.

137. 137
En algunas ocasiones es también importante conocer la vida de almacenamiento
de un sensor que se define como el tiempo durante el cual el sensor puede estar
almacenado en unas condiciones determinadas sin sufrir modificaciones de sus
características dentro de un margen de tolerancia especificado.
Otras tres características que son lo suficientemente dependientes del tiempo para
ser consideradas como características de fiabilidad son: la estabilidad temporal de
la salida, el desplazamiento del cero y el desplazamiento de la sensibilidad. Las
dos últimas no deben confundirse con sus homónimas ya estudiadas al hablar de
los efectos térmicos, aunque su contribución al error final se manifiesta de la
misma forma.
La estabilidad temporal de la salida representa la variación del valor de la señal de
salida durante un tiempo determinado, cuando la magnitud que se mide, al igual
que las condiciones ambientales, se mantienen constantes.
El desplazamiento de cero se define como la variación del valor de la señal de
salida cuando la magnitud de entrada cero, durante un periodo de tiempo
especificado y a temperatura ambiente. Se caracteriza, como se indica
anteriormente, por provocar un desplazamiento paralelo de la curva de calibración
respecto de la curva original.
El desplazamiento de sensibilidad se especifica como el máximo cambio de la
sensibilidad observado durante un periodo de tiempo determinado a temperatura
ambiente. Se manifiesta un cambio de pendiente de la curva de calibración.
En cuanto a las características de fiabilidad relacionadas con los efectos no
deseados que inciden sobre el sensor industrial cuando está instalado, dependen
generalmente del tipo de aplicación. En ellas se incluyen todas aquellas
características considerada importantes que determinan los efectos de un fallo

138. 138
después de que este se produce (cortocircuitos internos, ruptura de elementos o
del encapsulado, etc.).

139. 139
ANEXO C GUÍAS DE LABORATORIO
1. INTRODUCCIÓN.
Un sensor es aquel elemento que al
igual que los sentidos humanos es
capaz de percibir cierta magnitud y
convertirla a otro tipo de variable, es
por esto que se les conoce también
como transductores. Según el tipo de
sensor que se tenga, este puede
captar cierto tipo de material. En las
industrias suelen emplearse sensores
que funcionan con principios
inductivos, los cuales tienen como
característica más importante de
detectar metales, mientras que los
capacitivos pueden detectar
dieléctricos o materiales aislantes, los
fotoeléctricos y los ultrasónicos que
se puede decir que pueden detectar
todo tipo de material, también están
los potenciometricos, los finales de
carrera. Cabe recordar que la
diferencia más importante entre un
sensor industrial y un sensor común,
es su capacidad de soportar
ambientes hostiles propios de la
industria; además los sensores
industriales deben entregar a su
salida señales con formato
correspondiente al establecido para
las comunicaciones entre dispositivos
de campo.
El sensor industrial hace referencia a
aquel tipo de sensor que cuenta con
las medidas de protección necesarias
para garantizar su funcionamiento
durante cierto tiempo y bajo ciertas
condiciones de operación, para que el
sensor opere de manera correcta, es
necesario tener en cuenta ciertos
aspectos tales como: distancia entre
sensores del mismo tipo, distancia
entre el sensor y determinada
superficie que podría modificar su
salida y la distancia entre
conductores (los cables que
alimentan los sensores y los que
llevan la señal de salida).
Cuando se habla de sensores se
debe tener en cuenta que estos deber
ir conectados a otros dispositivos,
para permitir el control y visualización
de las variables que abarcan un
proceso de medición, estos
elementos son entre otros: PLCs,
elementos de visualización (Leds
indicadores, displays para
visualización, y algunos otros), entre
otros. En la presente guía se busca
que el estudiante entienda las
conexiones entre dispositivos
industriales, el porqué de la
disposición (ubicación) de los
elementos, y los códigos para
PRÁCTICA 1. RECONOCIMIENTO DEL
MÓDULO DIDÁCTICO DE SENSORES DE
PROXIMIDAD

140. 140
conexión que se emplean en la
industria, referente a sensores,
además los conectores que se
emplean.
2. OBJETIVOS.
• Conocer algunos de los diferentes
tipos de sensores que pueden ser
utilizados para medir distancia y
detectar proximidad empleados en
la industria, además conocer
procesos como cableado,
selección de dispositivos,
interactuar también con elementos
como visualizadores, los cuales
actúan con el sensor en el sistema
de control.
• Determinar el tipo de material que
se puede detectar con
determinado sensor, para de esta
manera encontrarle algún tipo de
aplicación en la industria, conocer
las diversas distancias que se
pueden detectar dependiendo del
tipo de sensor que se esté
usando.
• Analizar la relación que existe
entre el tamaño del sensor, el
principio de funcionamiento, el
material de construcción y en
general muchas de sus
características, con respecto al
rango de medición y detección.
• Conocer el tipo de montaje que
debe tener el sensor para que
pueda funcionar correctamente.
3. Marco teórico.
3.1Sensor capacitivo.
Un sensor capacitivo, es un
dispositivo al cual al acercarle cierto
material dieléctrico (no obstante
puede detectar metales también),
este hace que se altere su constante
dieléctrica, y por tanto su
capacitancia, lo cual causa
oscilaciones en el circuito interno del
sensor, internamente estas
oscilaciones son convertidas a un
nivel de tensión, y es este nivel lo que
generalmente se lee de los terminales
de los sensores capacitivos. A
continuación se puede ver de manera
gráfica cómo opera el sensor
capacitivo.
La superficie activa de un sensor
capacitivo está formada por dos
electrodos metálicos concéntricos,
similares a los electrodos de un
condensador abierto y desplegado.
Las superficies de los electrodos A y
B están dispuestas en la rama de
realimentación de un oscilador de alta
frecuencia que está sintonizado para
que no oscile si está libre la
superficie.

141. 141
Figura. 1 Operación del sensor de
proximidad capacitivo.
Tomada de: [Citado 10 de mayo de
2010; 8:35].
http://www3.sea.siemens.com/step/te
mplates/lesson.mason?sensors:4:2:1
La forma en la que varia la
capacitancia interna del sensor se
describe según la siguiente relación,
en donde k es la constante dieléctrica
del material.
C
Q
V
k
Q
V
kC
3.2Sensor inductivo.
El sensor inductivo permite la
detección de metales. Cuando un
elemento metálico se acerca a su
superficie de detección se inducen
corrientes de superficie (corrientes
parásitas) en el objeto metálico, las
cuales restan energía al campo
electromagnético, dando lugar a una
pérdida de energía en el circuito del
oscilador y, por tanto a una reducción
de la amplitud de la oscilación, caso
contrario a lo que se observaba con
el sensor capacitivo.
3.2.1 Distancia mínima entre
sensores inductivos.
Existe una distancia mínima entre
detectores inductivos, la cual
depende de su clasificación, el
fabricante debe dar a conocer este
dato para asegurar el correcto
funcionamiento del dispositivo.
Figura. 2 Espaciado para sensores
blindados contiguos y montados uno
al frente del otro.
Tomada de [8] Pág.4-5.
Figura. 3 Espaciado para sensores
no blindados contiguos y montados
uno al frente del otro.
Tomada de [8] Pág.4-5.
Los sensores no blindados suelen
requerir un espacio correspondiente a
tres veces el diámetro de la cara de
detección (para sensores contiguos) y
a cuatro veces el diámetro de la cara

142. 142
de detección cuando se montan uno
al frente del otro.
3.2.2 Cables.
Generalmente se emplean cables
flexibles resistentes al aceite con
cubierta exterior de poliuretano (PUR)
y una longitud estándar de 2m.
Algunos de estos cables vienen con
diferentes tipos de conectores, los
cuales permiten la conexión y
desconexión rápida de estos a los
diferentes sensores.
3.2.2.1 Longitud del cable.
En detectores de proximidad los
cables largos tienen los siguientes
efectos negativos:
• Carga capacitiva en la salida.
• Efecto reforzado de señales
perturbadoras.
No se debe sobrepasar una longitud
de 300 m.
Los cables de conexión no deben
estar en paralelo a otros cables para
cargas inductivas. Para prevenir
posibles perturbaciones, se pueden
tomar las siguientes medidas:
• Distancia frente a cables
perturbadores > 100 mm.
• Apantallamiento.
• Desparasitar las bobinas (de
contactores, relés, electroválvulas)
con elementos RC o varistores.
3.3Sensor fotoeléctrico.
Un sensor fotoeléctrico, es aquel que
basa su principio de detección en el
uso de la luz en sus diferentes
longitudes de onda para percibir un
objeto dentro de su rango de
detección. Pueden detectar de
diferentes maneras, una de ellas es
por obstrucción de la luz, otra por
iluminación, las dos anteriores solo
detectan si el objeto esta o no esta, y
otra de ellas es por intensidad, y en
este caso se puede calcular distancia
del objeto. Se usan también
longitudes de onda para detectar
materiales de ciertos colores.
Figura. 4 Distancia mínima entre
sensores fotoeléctricos.
a). Sensor difuso.
b). Barrera fotoeléctrica por reflexión
c) Barrera fotoeléctrica directa.
Tomada de [12] Pág. 2/71.

143. 143
3.3.1 Distancia mínima.
Los detectores de proximidad
fotoeléctricos no deberán afectarse
mutuamente. Por ello es necesario
respetar una distancia mínima a entre
dos detectores.
Tabla 1. Distancia a según
dimensiones de los catálogos de
venta.
Detectores fotoeléctricos de
proximidad
Cota a
D4/D5 50 mm
M12 250 mm
M18 250 mm
K31 750 mm
K80 500 mm
L18(Barrera a láser) 150 mm 1)
L50(Sensor difuso a láser) 30 mm
L50(Barrera a láser) 80 mm
C50(Sensor cromático) 500
1)
Enfocado a 50 m.
Tomada de [12] Pág. 2/71.
Esta tabla contiene la referencia que
muestran los sensores SIEMENS en
su catalogo de ventas, lo cual al igual
que con los sensores de tipo
inductivo, le corresponde al fabricante
hacer saber.
3.3.2 Longitud del cable.
Desventaja de conductores muy
largos >300m.
• Carga capacitiva adicional
(protección contra cortocircuito).
• Mayor peligro de acoplamiento de
señales perturbadoras.
Por eso no se debe sobrepasar la
longitud máxima indicada para los
cables.
3.4Sensor ultrasónico.
El sensor ultrasonido como su
nombre lo indica usa las ondas
sonoras en ultrasonido imperceptibles
para el oído humano, para realizar la
detección de objeto, un sensor de
este tipo consta principalmente de un
emisor y un receptor, que como ya se
ha visto pueden estar ubicados en el
mismo dispositivo como en la
mayoría de los casos, o pueden ir un
emisor y un receptor por aparte.
En todo caso en el primero de los
casos básicamente el emisor envía
una señal de ultrasonido (señal de
pulsos) de cierta frecuencia mayor a
25 KHz, cuando la onda choca contra
un objeto a cierta distancia, esta se
refleja retornando al sensor y el
receptor mide el tiempo que se
demoró la onda en regresar, y en
base a esto calcula la distancia.
3.4.2 Montaje.
Para lograr los mejores resultados de
reflexión los detectores ultrasónicos
de proximidad deberán orientarse
siempre de forma que las ondas
ultrasónicas incidan de la manera
más perpendicular posible sobre el
objeto. Si esto no es posible (p. ej. en
granulados), entonces el alcance
máximo posible deberá determinarse
de forma experimental. Dicho
parámetro depende del material, del
tipo de superficie y de la orientación
de los objetos.

144. n
p
s
u
u
p
d
p
l
d
o
u
S
d
i
s
p
e
s
A
s
m
m
F
d
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Para evita
necesario
perturbado
separado u
ultrasónico
Entre el ej
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paralelo es
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parásitas.
libre de obj
detector p
objetos en
ultrasónico
Si se ins
detectores
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separación
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entonces
separación
Algunos
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multiplexad
mutuas.
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se trata,
deberá

145. 145
deducirlo, según lo que conoce
acerca del principio de
funcionamiento con el que operan).
Frente al panel frontal hay una
lámina, la cual se denomina panel de
accesorios, en ella está dos
elementos indispensables para el
funcionamiento de dos de los
sensores del módulo, según lo ya
leído acerca de los sensores, es
necesario que deduzca
experimentalmente la función de
estos dispositivos.
Figura 6 vista global del módulo.
5. CONOCIMIENTOS PREVIOS.
En este punto el usuario (estudiante)
debe conocer los conceptos ya
expuestos sobre las conexiones de
los sensores, con respecto a los tipos
de conectores y cables empleados
para la alimentación y salida de los
sensores, es importante que lo sepa
antes de maniobrar, e intentar
cualquier tipo de acción sobre los
elementos internos. Leer el marco
teórico de la presente guía que
resume el tipo de sensores y los
conectores y cables. Como se sabe
de lo leído, los sensores dentro del
módulo son de diferente tipo, algunos
del mismo, lo relevante es que ahí
adentro existen sensores de distintos
principios de funcionamiento, que se
diferencian además por otras
características, muchas perceptibles
a simple vista, y estas son las que se
quieren revisar en este práctica, a
continuación se describen algunos de
los pasos para llevar a cabo este
reconocimiento.
Se requiere que el estudiante
conozca la manera en la que se
pueden utilizar los diferentes
elementos de medición empleados en
el laboratorio, como fuentes de
tensión, multimetro, osciloscopios. Ya
que en muchos casos se va a pedir
llevar a cabo algunas conexiones
especificas y mediciones de corriente
y voltaje.
6. (PROCEDIMIENTO) Observar y
analizar las conexiones internas
del módulo.
En la parte posterior del módulo hay
una puerta, la cual se abre con la
llave del módulo.
Advertencia: Revisar que todas las
alimentaciones estén desconectadas
de la fuente de alimentación principal,
esto para evitar posibles descargas al
usuario (estudiante), daños a los
dispositivos, de no ser así (si no
están desconectadas), que este
procedimiento sea supervisado por el
docente encargado de la materia.
No observe de frente la cara de los
sensores fotoeléctricos, cuando estén
encendidos, aunque no perciba algún

146. 146
rayo de luz, ya que podría sufrir
daños en sus ojos.
6.1 Características de montaje, y
material de construcción del sensor.
En este paso se plantea la
observación de cómo están ubicados
los diferentes tipos de sensores, a
qué distancia se encuentra uno del
otro y material de construcción de
cada sensor.
6.1.1 Muestre la distancia y la
ubicación de los diferentes tipos de
sensores mediante una figura
proporcional a la cara del sensor
como se observa en la parte frontal
del módulo.
6.1.2 Numere cada sensor de la
gráfica según lo desee, se
recomienda numerar el de mas a la
izquierda como el primero, y el de
más arriba como el octavo, esta lista
servirá para los siguientes puntos de
la práctica y para las siguientes
prácticas.
6.1.3 Teniendo la lista anterior,
describa cada sensor según como lo
numeró teniendo en cuenta el
material con el que está construido y
las dimensiones de la cara del
sensor, por ejemplo, metal, plástico,
etc. Cuando haya reunido todos los
datos pedidos escríbalos en una tabla
como la siguiente:
Tabla 2. Numeración, material y
dimensiones del sensor
N Material de
construcción
Dimensiones, cara
del sensor.
1 Plástico, metal
2 Plástico
Donde:
• N indica el número que el
estudiante asignó al sensor.
• El primer material que se escriba
equivale al de la cara del sensor y
el siguiente al del cuerpo.
Según el ejemplo de la tabla anterior
el segundo sensor es totalmente en
plástico, al menos es así por fuera.
¿Además de estos materiales que
otros observa?
¿Qué particularidades ha encontrado
con respecto a la forma de los
sensores?
6.1.4 Escriba según la numeración
los sensores que son montados a ras
y los que no.
¿Qué diferencias físicas percibe entre
los montados a ras y los que no?
6.1.5 Observe los sensores abriendo
la tapa del módulo, dibuje el sensor
con sus dimensiones aproximadas,
haciendo notar las diferencias de
tamaño entre cada uno según la
numeración asignada.
¿La cara del sensor más grande
corresponde al sensor más largo?
¿Dónde está ubicado el sensor más
largo?
¿De qué material es el sensor más
largo, y de que material es el más
pequeño?

147. 147
7. Otros dispositivos asociados al
módulo.
7.1 Describa gráficamente qué
otros dispositivos observa, tanto
dentro como fuera del módulo. De no
conocer su aplicación, pregunte al
docente sobre sus características y
marca. Investigue acerca del
elemento y como se opera, y dentro
del informe correspondiente a esta
primera práctica escriba lo que
averiguó con respecto a sus
características de modo que en la
siguiente práctica conozca de que
elemento se trata.
7.2 Pregunte al docente las
referencias de los sensores y la
marca para que pueda identificarlos
para la siguiente práctica, y se vaya
relacionando con las referencias
manejadas en la industria.
8. Conexión de los diferentes
elementos del módulo.
Existen diferentes tipos de
alimentación (alterna y continúa en
diferentes rangos) para los sensores
industriales.
8.1 Describa mediante un
diagrama el tipo de conexión del
sensor, con cuantos cables es
alimentado (Para mayor comprensión
de este punto, se requiere que el
estudiante previamente haya leído
sobre los tipos de conexiones en
sensores industriales). Dibuje
también la forma real del conector
utilizado.
8.2 Anotar las diferencias
encontradas en los conectores (color,
grosor y si estos pueden ser fáciles
de quitar y poner) para cada sensor.
9. Encender el módulo y los
diferentes equipos de
visualización.
ADVERTENCIA. Asegúrese que el
módulo esté internamente conectado
de la manera correcta según el
diagrama de conexiones, ya que
cualquier fallo en las conexiones
puede dañar o deteriorar los
dispositivos. No obstante los
dispositivos industriales poseen
circuitos de protección frente a
diversos errores humanos, como
polaridad inversa, exceso de tensión,
sin embargo es mejor estar seguros
de que las condiciones de operación
no sobrepasen los límites
especificados.
9.1 Conectar las fuentes de
alimentación al sensor que se quiera
encender según la polaridad indicada
en el diagrama de conexiones y en
los bornes en la cara superior del
módulo (antes de conectar observar
el valor de tensión en la fuente, que
se ajuste al rango que se observa en
los bornes).
9.2 Encender las fuentes de
alimentación de DC. El interruptor en
la cara superior enciende el sensor
de corriente alterna.
¿Qué cree que ocurre internamente
en el sensor de corriente alterna con
respecto a la alimentación?

148. 148
9.3 Medir con el multimetro el nivel
de la alimentación y escribir el valor
visualizado, esto para verificar que la
fuente este entregando el valor de
tensión correcto.
9.4 Ponga el multimetro en
posición de medición de corriente
continua y conéctelo entre el borne
positivo de alimentación del sensor y
el terminal positivo de la fuente de
alimentación, anote los valores de
corriente observados para cada
sensor según la numeración realizada
a lo largo de toda la práctica ya que
estos corresponden con la posición
de sus bornes, esta corriente se mide
sin objeto a detectar, o corriente en
vacio.
10.Detección de materiales y
verificación del comportamiento
de los sensores.
En esta parte de la práctica, se quiere
que el estudiante haga uso de los
diferentes materiales, ubicados en la
“caja de materiales para el módulo de
sensores didáctico”. En esta caja
existen materiales de diferentes tipos.
El estudiante deberá acercar cada
uno de estos materiales frente a cada
uno de los sensores y verificar la
detección o no detección de los
mismos por parte del sensor frente al
cual se ubicó.
10.1 Escribir el sensor analizado
según la numeración en los puntos
anteriores, el material que se puso
frente a él (A, B, C…), en la siguiente
tabla.
Tabla 3.
N Material Detección Distancia o
rango de
distancia
1 A SI 5 a 10
Escribir SI en caso de haber
detección y NO en caso contrario.
Anotar los puntos en los que hubo
detección y registrarlos también en la
tabla 3.
Donde:
N nuevamente es el número que se
ha asignado al sensor.
11. Identificación de los
sensores.
Señale a que sensor cree que
corresponde cada uno de los
dispositivos del módulo (fotoeléctrico,
capacitivo, inductivo o ultrasónico)
según la detección efectuada por
dicho sensor, y según todas las
características observadas durante
toda la práctica.
11.1 complete la siguiente tabla,
según el sensor que crea
correspondiente.
Tabla. 4
N Tipo de sensor
1
2
3
¿Qué relación encontró en cuanto al
tamaño del sensor y su zona de
detección y rango?

149. 149
¿Qué relación encontró entre el tipo
de sensor y el rango de detección?
12.CONCLUSIONES.
13.REFERENCIAS
BIBLIOGRÁFICAS.
[1] Allen Bradley. Fundamentos del
sensado o detección de
presencia. Copyright 1999
Rocwell internacional. Publicación
FSM-900las. Enero 2000. (manual
de capacitación).
[2] Benavides L., Villamizar R.
Transductores de proximidad,
Universidad Industrial DE
Santander. 2001. (trabajo de
grado).
[3] http://www.pepperl-
fuchs.es/cps/rde/xchg/spain/hs.xsl
/21.htm.
[4] HAYT W, Teória Electromagnetica
Mc Graw Hill, Mexico, 5 Ed. 1991.
Cap5.
[5] Mandado E., Marcos J.,
Fernández C., Armesto J., Perez
S. Autómatas programables
entorno y aplicaciones. 1ª ed.
España: THOMSOM, 2006.
[6] SIEMENS AG 2008. Catalogo FS
10.2008.

150. 150
1. INTRODUCCIÓN.
Cuando se trabaja con sensores se
debe recordar que son elementos de
medida, que están sujetos a
variaciones en su comportamiento,
debido a diversos factores, sin embargo
existen dispositivos que presentan
variaciones pequeñas y constantes que
se pueden determinar de antemano, es
decir que pueden ser controladas
mediante su previo conocimiento, es
por esto que el fabricante entrega
además de los rangos de medida y
alcance también aquellos como
precisión, error , histéresis, tiempos de
respuesta.
En esta práctica se plantean métodos
para calcular algunos de los parámetros
más importantes cuando se está
trabajando con detectores de
proximidad, analizando también como
se produce la detección de los
diferentes elementos según el principio
de funcionamiento de cada sensor, en
esta práctica se discutirán los sensores
de proximidad inductivos y capacitivos,
debido a que su funcionamiento en la
práctica es muy similar el uno del otro,
su diferencia más importante fuera de
que tienen diferentes principios de
funcionamiento radica en el tipo de
material a detectar en aplicaciones
industriales.
2. OBJETIVOS.
• Analizar el comportamiento del
sensor capacitivo e inductivo,
mediante el acercamiento de un
determinado material a cada uno de
estos sensores, tal que se pueda
encontrar la relación entrada-salida,
y según esta relación establecer las
características de este sensor frente
a este material.
• Obtener de manera aproximada la
zona de detección del sensor en
estudio y compararla con la zona de
detección de la hoja de datos, a
partir de este análisis determinar
una de sus posibles aplicaciones en
la industria.
• Determinar las ventajas y
desventajas correspondientes a la
utilización de los dos tipos de
sensores en análisis, basándose en
el tipo de material detectado y la
distancia en la que ocurrió la
detección.
• Visualizar al sensor como parte de
un proceso industrial, mediante el
cálculo de sus características como
instrumento de medición.
3. MARCO TEÓRICO.
3.1Sensor inductivo.
El sensor inductivo permite la detección
de metales. Cuando un elemento
metálico se acerca a su superficie de
detección se inducen corrientes de
superficie (corrientes parásitas) en el
objeto metálico, las cuales restan
PRÁCTICA 2. ANÁLISIS DE LAS DE LOS
DETECTORES CAPACITIVOS E

151. 151
energía al campo electromagnético,
dando lugar a una pérdida de energía
en el circuito del oscilador y, por tanto a
una reducción de la amplitud de la
oscilación.
3.1.1 Característica de respuesta.
Es aquella curva en la que se
encuentran todos los puntos de
respuesta para un detector de
proximidad. Se ha determinado usando
una placa de medición normalizada. De
ella pueden tomarse los valores
característicos del detector.
Figura1. Zona de detección.
Tomada de [12] Pág.2/140
Ak Característica de respuesta
A Punto de respuesta
B Punto de relajación
H Histéresis de conmutación
s Distancia de trabajo
x Dirección de desplazamiento
Δx Distancia de activación
Y Distancia frente al detector de
proximidad
z Eje de referencia
3.1.2 Zonas de detección para el
sensor inductivo.
El siguiente sensor que está incluido
dentro del módulo tiene la siguiente
referencia según el catalogo de
sensores Siemens 3RG 40 24-0KB00.
Este es un detector inductivo cilíndrico
para tensión de 20-265 Vac / 20-320
Vdc, 2 cables, con un alcance de
detección de 15 mm. Su curva de
detección proporcionada por el
fabricante es la siguiente:
Figura 2. Zona de detección sensor
inductivo 3RG40 24-0KB00.
Tomada de [12] Pág. 2/138
Figura 3. Zona de detección sensor
inductivo 3RG 4014-3AG01.
Tomada de [12] Pág. 2/138
3.2Sensor capacitivo.
Generalmente el sensor capacitivo
tiene características similares al sensor
inductivo.
La superficie activa de un sensor
capacitivo está formada por dos
electrodos metálicos concéntricos,

152. 152
similares a los electrodos de un
condensador abierto y desplegado. Las
superficies de los electrodos A y B
están dispuestas en la rama de
realimentación de un oscilador de alta
frecuencia que está sintonizado para
que no oscile si está libre la superficie.
Figura 4. Electrodos del sensor
capacitivo.
Tomada de [12] Pág. 2/242.
Cuando un objeto se aproxima a la
superficie activa del sensor, penetra en
el campo eléctrico que hay delante de
la superficie de los electrodos y
modifica la capacidad de acoplamiento.
Con ello ese oscilador comienza a
oscilar; la amplitud de la oscilación se
mide mediante un circuito de
evaluación y se transforma en una
orden de conmutación.
A continuación se muestra una tabla
con diferentes valores para εr.
3.2.1 Zonas de detección para
sensores capacitivos.
El sensor que está en el módulo es el
3RG16 55-6LD00 de Siemens.
Figura 5. Zona de detección del sensor
3RG16 55-6LD00.
Tomada de [12] Pág. 2/247.
Tabla 1. Constantes dieléctricas de
algunos materiales.
Tomada de [12] Pág. 2/242.
Este sensor puede detectar materiales
con distancia de hasta 20 mm. Como
se dijo antes es muy parecido a las
curvas mostradas para el señor
inductivo.
3.3Características estáticas.
Entre las características estáticas se
encuentran aquellas que se determinan
cuando el elemento de medición se
encuentra operando en estado
estacionario o estable.

153. 153
Precisión: Este término hace
referencia a la tolerancia máxima que
tiene el sensor a arrojar valores
próximos al valor real. Define los límites
de errores cometidos, cuando el
elemento es usado bajo condiciones de
operación normal. Existen varias
formas para expresar la precisión:
Tabla 2. Formulas para calcular la
precisión.
Tomada de [6].
Donde:
A= es el alcance.
P= precisión.
Las características más relevantes y
algunas de ellas relacionadas entre sí
son: el error estático, la precisión, la
linealidad, la sensibilidad, la
repetibilidad, la exactitud, la histéresis,
entre otras.
Repetibilidad: Es necesario que bajo
las mismas condiciones de operación,
el sensor arroje siempre los mismos
valores, en los puntos en los que ya se
evaluó la variable de entrada. Una de
las formas de determinarlo se basa en
hacer variar un parámetro de entrada
de un proceso en un sentido (acercar o
alejar), medir, y luego comparar el valor
medido con el de un patrón de medida,
o con el valor de la salida en ese punto
establecido por el fabricante. Para
calcular la repetibilidad existe una
relación que se expresa de la siguiente
forma:
xi x
N
Donde las xi son las variaciones del
valor real (x), y N se refiere a la
cantidad de puntos evaluados.
El valor de la repetibilidad se da en
porcentaje del alcance de la medida, y
un valor de ±0.1, es un valor
considerable.
Histéresis: Muchos dispositivos
presentan un valor diferente al que se
midió anteriormente, cuando se recorre
la escala en sentido contrario, por lo
cual es importante registrar esta
diferencia.
H
V V
A
4. CONOCIMIENTOS PREVIOS.
Es necesario que el estudiante a
realizar la práctica conozca el principio
de funcionamiento de los sensores
inductivos y capacitivos.
Se requiere que el estudiante conozca
la manera en la que se pueden utilizar
los diferentes elementos de medición
empleados en el laboratorio, como

154. 154
fuentes de tensión, multimetro,
osciloscopios. Ya que en muchos casos
se va a pedir llevar a cabo algunas
conexiones especificas y mediciones de
corriente y voltaje.
Antes de empezar la práctica se
recuerda el sensor capacitivo en el
módulo es el numero 5 y los inductivos
son el 6 y 7, según la numeración
recomendada asignada para el módulo.
• PROCEDIMIENTO
5. CARACTERIZACIÓN DEL
SENSOR INDCUTIVO.
5.1Medición de características
estáticas.
5.1.1 Cálculo de repetibilidad,
precisión, error, en el sensor
inductivo.
5.1.1.1 Tomar un material
metálico de los materiales en la caja de
materiales del módulo
Acercar el material al sensor cerca de
su zona de detección luego acercarlo
milímetro a milímetro hasta que cause
variación a la salida y registrar el valor
de tensión que se obtiene y la distancia
de detección.
Quitar el objeto y repetir el paso
anterior hasta obtener 25 datos, aunque
lo anterior depende de sí se presentan
cambios en las diez primeras distancias
de detección, de no ser así detenerse la
decima vez.
5.1.1.2 repetir el paso anterior
pero en sentido contrario al que se
tomó en la medición anterior, en esta
ocasión se analizará la distancia a la
cual el detector deja de percibir el
objeto. Tomar como límite del objeto la
cara que ve al sensor.
¿A que se pueden deber las diferencias
con respecto a la distancia presentada
en los pasos anteriores?
5.1.1.3 Tomar los valores y
realizar cálculos correspondientes de
tensión y distancia de detección.
5.1.1.4 Repetir los pasos de los
puntos anteriores, ahora en trayectoria
perpendicular, a la trayectoria anterior.
¿A que se pueden deber las diferencias
con respecto a la distancia presentada
en los pasos anteriores?
5.1.2 Determinación de la histéresis.
5.1.2.1 Calcular el valor de una
posible histéresis mediante los datos
anteriores. (el término posible radica en
que esta no es la forma de medir la
histéresis, ya que para medirla se
requiere acercar el material en uno otro
sentido de manera intercalada).
5.1.2.2 Intercalar el acercamiento
y el alejamiento del objeto y registrar
nuevamente los valores obtenidos en
uno y otro caso en cuanto a la distancia
de detección y tensión a la salida, al
momento de copiar tener cuidado de
diferenciando los datos que
corresponden al acercamiento y al
alejamiento.
5.1.2.3 Teniendo ya los datos
registrados del paso anterior, realizar
los cálculos para obtener la precisión,
error, repetibilidad, con respecto a la

155. 155
distancia de detección mostrada en las
hojas de datos.
Con base a los valores calculados
llenar la siguiente tabla 3:
Los valores de la precisión registrarlos
en una tabla como la 2.
Tabla 3.
Error
Repetibilidad
Histéresis
5.1.3 Zona de detección del sensor.
Conectar el multimetro en los bornes de
salida del sensor inductivo.
5.1.3.2 Acercar el material al
sensor de manera frontal, hasta
encontrar la distancia a la cual el valor
de la salida del sensor varía.
5.1.3.3 Mover el elemento de
manera frontal acercándose al sensor y
registrar si ocurren variaciones.
5.1.3.4 Devolver el material al
punto inicial y moverlo hacia un lado en
línea recta hasta que ya no lo detecte el
sensor, anotar el valor de esta
distancia.
5.1.3.5 Devolver al punto inicial y
mover el objeto de manera frontal hacia
el sensor por lo menos una cuarta parte
de la distancia que hay entre el objeto y
el sensor (Llamar x a esta distancia),
luego de estar en este punto mover el
objeto de manera paralela a la cara del
sensor hasta que ya no se presente
variación a la salida.
5.1.3.6 Repetir los pasos
anteriores desplazando el objeto de
manera frontal al sensor una distancia x
hasta que ya el objeto llegue al sensor
y registrar los valores obtenidos en
cada ocasión.
En base a los datos obtenidos graficar
una posible zona de detección como las
que se observaron en la figuras 1 2 y 4,
a la cual se le llamará zona de
detección1.
5.1.3.7 Ubicar el objeto de
manera que quede a un lado del
sensor, sin que haya detección, según
la figura 1. Donde la distancia al sensor
en el eje (y) es la distancia de detección
máxima del sensor.
5.1.3.8 Mover el objeto en el eje
(x) tal como lo muestra la figura 1,
anotar los valores de distancia para los
cuales hay detección. Luego acercar el
objeto en el eje (y) una cuarta parte del
la distancia de detección máxima del
sensor y repetir los pasos anteriores
hasta que ya el objeto llegue hasta el
sensor. Graficar también la zona de
detección y llamarla zona de
detección2.
¿Qué variaciones ocurre con respecto a
la zona detección 1?
5.2 Medición de características
dinámicas
5.2.2 Medición del tiempo de
respuesta.
El tiempo de respuesta en este punto
se calculará mediante una entrada
Escalón provocada por la detección del
objeto en un punto dentro del rango de
detección.

156. 156
5.2.2.2 Desconectar el multimetro
y conectar el osciloscopio. Acercar el
objeto de manera que cause una
entrada escalón en el sensor, registrar
mediante el osciloscopio la salida,
tomar la gráfica, repetir este
procedimiento 5 veces en el mismo
punto. Registrar el tiempo para el cual
la salida entre en el 2% de su valor final
(valor en estado estable).
Guardar la imagen ya que servirá para
futuros cálculos.
5.2.2.3 Ubicar el objeto dentro de
la zona de detección del sensor, en
este caso se debe quitar el objeto de la
zona de detección de manera que
cause una entrada escalón alto-bajo.
Registrar los valores del punto anterior
y escribir las diferencias entre el
presente caso y el anterior con respecto
a los valores obtenidos.
Guardar la imagen ya que servirá para
futuros cálculos.
5.2.3 Cálculo del tiempo de subida.
Con base a las gráficas del punto
anterior calcular el tiempo de subida de
manera experimental, registrando el
tiempo para el cual la salida alcanza el
63 % de su valor pico.
5.2.4 Calculo de la constante de
tiempo.
Esta constante se puede calcular en
base al criterio del 2 %, en el que la
constante de tiempo es la cuarta parte
del tiempo en el que la respuesta entra
en el 2% de su respuesta final.
5.2.5 Medición del sobre-pico de la
señal de salida
El sobrepico es el valor más alto en la
salida, durante la respuesta transitoria
menos el valor final, o el valor en
estado estable.
En la mayoría de los casos se expresa
como porcentaje, este valor puede ser
hallado de la siguiente forma:
% 100
Calcular según esta fórmula y las
gráficas obtenidos, el valor del
porcentaje de sobrepico.
5.3 Medición de características
eléctricas
5.3.2 Medición de corriente de
alimentación
Poner el multimetro en modo de
medición de corriente y conectarlo entre
la fuente de alimentación y la entrada
de alimentación del sensor (hacer que
la corriente circule por el mutimetro),
registrar que ocurre con la corriente de
alimentación cuando hay detección de
elementos.
5.4 Acercamiento oblicuo del
objeto.
Los sensores suelen presentar valores
distintos según la forma del objeto a
detectar, el material con el cual está
construido como ya se vio
anteriormente. En este paso se
pretende hallar las diferencias entre los
valores de la salida de un mismo
sensor cuando el material a detectar se
acerca de forma diferente.

157. 157
5.4.1 Girar el objeto 45° de manera
horizontal y acercar al sensor desde
fuera del rango de detección (desde
donde no cause efecto en la salida del
sensor, pero no tan lejos para que no
demore tanto en llegar al rango de
detección). Acercar el material cada 1
mm hasta que el sensor lo detecte,
anotar la distancia a la cual fue
detectado el objeto. Repetir este paso
durante 5 veces más y encontrar las
diferencias que existe entre las demás
detecciones realizadas en la misma
forma. La distancia de detección se
registra con a respecto a la distancia de
la punta del objeto.
6. ANÁLISIS DEL SENSOR
CAPACITIVO.
6.1 análisis de la dependencia de la
detección con respecto al elemento en
el detector capacitivo.
6.1.1 Tomar dos materiales
dieléctricos de la caja de materiales
para el módulo, y determinar mediante
la tabla 1. Que sus constantes
dieléctricas tengan una diferencia
apreciable.
6.1.2 Acercar el material dieléctrico y
observar a qué distancia se produce la
detección.
6.1.3 Acercar el otro material
dieléctrico observar a qué distancia se
produce la detección.
6.1.4 Comparar el valor de distancia
entre estos dos valores, y también entre
el valor de detección nominal de este
sensor (20 mm).
¿Se produce detección en ambos
casos?
¿Qué aplicaciones le designaría a un
sensor de este tipo?
6.1.5 tomar los dos objetos del mismo
material dentro de la caja de materiales
del módulo. A pesar de que los objetos
son del mismo material, son de
tamaños diferentes.
6.1.6 Repetir los pasos desde el 6.1.1
hasta el 6.1.4, y registrar los resultados
obtenidos, registrar los valores
obtenidos en uno u otro caso.
7. OBSERVACIONES Y
CONCLUSIONES.
8. REFERENCIAS
BIBLIOGRÁFICAS.
[1] Allen Bradley. (Fundamentos del
sensado o detección de presencia).
Copyright 1999 Rocwell
internacional. Publicación FSM-
900las. Enero 2000. (manual de
capacitación).
[2] Benavides L., Villamizar R.
Transductores de proximidad,
Universidad Industrial DE
Santander. 2001. (trabajo de grado).
[3] Creus A. Instrumentación Industrial
6° ed. AlfaOmega (Boixerau
editores) Marcombo. España 1997.
[4] Mandado E., Marcos J., Fernández
C., Armesto J., Perez S. Autómatas
programables entorno y
aplicaciones. 1ª ed. España:
THOMSOM, 2006.
[5] SIEMENS AG 2008. Catalogo FS
10.2008.

158. 158
1. INTRODUCCIÓN.
Además de la detección de objetos, se
requiere que los sensores puedan
medir distancia, es por esto que se han
desarrollado ciertos dispositivos que
gracias a su principio de
funcionamiento pueden detectar el
material y calcular la posición del
mismo. En esta práctica se presenta un
dispositivo que realiza esta función
mediante el principio de funcionamiento
fotoeléctrico, el cual puede medir la
distancia de objetos dentro de un rango
determinado. Esta clase de
dispositivos, cuenta también con
características estáticas y dinámicas
que se pueden determinar de manera
experimental, sin embargo a diferencia
de los sensores vistos en la práctica
pasada, no solo existe un punto sino un
rango de puntos, en donde cada punto
arroja un valor proporcional a la
distancia, es por esto que su análisis
conlleva analizar otras características,
también estáticas y dinámicas no
consideradas en los denominados
detectores de proximidad.
También se presentan en esta guía
detectores con principio de
funcionamiento ultrasónico, los cuales
se destacan de los detectores
capacitivos e inductivos en que poseen
un rango de detección mucho más
amplio y en que pueden detectar casi
cualquier material.
Los sensores fotoeléctricos se
presentan en el módulo didáctico en
tres modelos denominados: tipo
barrera, tipo réflex y autoréflex,
teniendo cada uno de ellos también
ciertas funciones especiales, la cuales
le otorgan al sensor fotoeléctrico una
gama de dispositivos bajo su principio
de funcionamiento.
2. OBJETIVOS.
• Analizar el funcionamiento de los
sensores ultrasónicos y
fotoeléctricos, frente a determinados
materiales.
• Encontrar los parámetros
característicos de la medición
efectuada con los sensores
fotoeléctricos.
• Determinar las características
estáticas y dinámicas del sensor
laser de tipo fotoeléctrico. empleado
para medición de distancia.
• Determinar posibles aplicaciones
en la industria a partir del análisis
realizado con los sensores
fotoeléctricos y ultrasónicos.
• Determinar las ventajas y
desventajas correspondientes a la
utilización de los dos tipos de
sensores en análisis, basándose en
las distancias que ha detectado y en
PRÁCTICA 3. CARACTERÍSTICAS DE
LOS SENSORES FOTOELÉCTRICOS Y
ULTRASÓNICOS.

159. 159
el tipo de material entre otras
características.
• Visualizar al sensor laser como
parte de un proceso industrial,
mediante el cálculo de sus
características como instrumento de
medición de distancia.
3. MARCO TEÓRICO.
3.1Sensor ultrasónico.
Los sensores ultrasónicos emiten un
pulso de sonido que se refleja en los
objetos que entran en el campo de
ondas. El sensor recibe el sonido, o
“eco”, y genera una señal de salida,
analógica o digital, que será utilizada
por un accionador, un controlador o una
computadora.
Figura 1. Ondas sonoras que se
reflejan en objetos sólidos y líquidos.
Tomada de [1] Pág. 7-1.
Los sensores ultrasónicos son capaces
de detectar la mayoría de los objetos
(metálicos o no metálicos,
transparentes u opacos, líquidos,
sólidos o granulares) que poseen una
reflectividad acústica suficiente. Otra
ventaja de este tipo de sensores es que
se ven menos afectados por la
condensación de humedad que los
sensores fotoeléctricos. Uno de los
inconvenientes es que la detección de
los materiales que absorben el sonido,
como la tela, el caucho blando, la
harina y la espuma, es deficiente.
3.2Componentes básicos de un
sensor ultrasónico
Los sensores de proximidad
ultrasónicos tienen cuatro componentes
básicos:
• Transductor/receptor
• Comparador
• Circuito detector
• salida de estado sólido
Transductor/receptor El transductor
ultrasónico emite pulsos en forma de
ondas sonoras desde la cara del
sensor. El transductor también recibe
ecos de esas ondas cuando se reflejan
en un objeto.
Comparador y circuito detector
Cuando el sensor recibe el eco, el
comparador calcula la distancia
comparando los tiempos de emisión-
recepción con la velocidad del sonido.
Dispositivo interruptor de salida de
estado sólido La salida de estado
sólido genera una señal eléctrica que
se debe interpretar con un dispositivo
de interface tal como un controlador
lógico programable (PLC). La señal
procedente de los sensores digitales
indica la presencia o ausencia de un
objeto en el campo de detección. La
señal que proviene de los sensores
analógicos indica la distancia a un
objeto en el campo de detección.

160. 160
3.3Sensor fotoeléctrico.
Un sensor fotoeléctrico, es aquel que
basa su principio de detección en el uso
de la luz en sus diferentes longitudes
de onda para percibir un objeto dentro
de su rango de detección. Pueden
detectar de diferentes maneras, una de
ellas es por obstrucción de la luz, otra
por iluminación, las dos anteriores solo
detectan si el objeto esta o no esta, y
otra de ellas es por intensidad, y en
este caso se puede calcular distancia
del objeto. Se usan también longitudes
de onda.
3.3.1 Diseño de los sensores
fotoeléctricos.
Una fuente de luz envía luz hacia un
objeto. Un receptor de luz, dirigido
hacia el mismo objeto, detecta la
presencia o ausencia de luz directa o
reflejada procedente de la fuente. La
detección de esta luz genera una señal
de salida (que puede ser analógica o
digital) hacia un accionador, controlador
o computadora. Algunos sensores
modifican la señal de salida con lógica
de temporización, escalas o ajustes de
desplazamiento.
Los sensores fotoeléctricos constan de
cinco componentes básicos:
• Fuente de luz
• Detector de luz
• Lentes
• Circuito lógico
• Salida
Figura. 2 Componentes de un sensor
fotoeléctrico.
Tomada de [1] Pág. 7-2
Componentes básicos
Fuente de luz. La mayoría de los
sensores fotoeléctricos utilizan un diodo
emisor de luz (LED) como fuente de
luz. Los LED son semiconductores de
estado sólido que emiten luz cuando se
les aplica corriente y están diseñados
para emitir longitudes de ondas
específicas, o colores, de luz. En la
mayoría de los sensores fotoeléctricos
se utilizan LED infrarrojos o rojos,
verdes y azules visibles. El LED y sus
correspondientes circuitos reciben, en
conjunto, el nombre de emisor.
Figura 3 Diseño de un LED (diodo
emisor de luz).
Tomada de [1] Pág. 7-2.
Cada color de LED ofrece
características diferentes. Los
infrarrojos son los más eficaces, ya que
son los que más luz y menos calor
generan y se utilizan en sensores en
los que se necesita una salida de luz

161. 161
máxima para un rango de detección
extenso.
Linealidad: Se refiere a la relación
entrada-salida, para que exista
linealidad esta relación debería
aproximarse a una línea recta. En
donde existe por ende una relación de
proporcionalidad.
La no linealidad (concepto opuesto a la
linealidad), es la máxima desviación de
la curva de calibración (es un tramo
ascendente o descendente) respecto
de la de la línea recta que une los
puntos extremos correspondientes al
0% y al 100 % del valor fondo de
escala.. [12] Pág. 11
Figura. 4 Determinación de la no
linealidad de la respuesta de un sensor.
Tomada de [8] pág. 500.
PROCEDIMIENTO.
ADVERTENCIA. No observe de frente
la cara de los sensores fotoeléctricos,
cuando estén encendidos, aunque no
perciba algún rayo de luz, ya que
podría sufrir daños en sus ojos.
4. CARACTERIZACIÓN DEL
SENSOR FOTOELÉCTRICO.
4.1Detección de objetos
transparentes.
Algunos sensores de tipo fotoeléctricos
permiten captar cuando un objeto
transparente entra en su zona de
detección, es por esto que se les
considera de gran importancia en
algunas aplicaciones industriales, a
continuación se realizará la detección
de un elemento transparente.
4.1.1 Tomar uno de los materiales
transparentes de la caja y acercarlo al
sensor fotoeléctrico tipo réflex (el que
requiere de reflector), en un punto
dentro de su rango de detección,
observar en el multimetro y en el LED
del sensor que ocurre cuando el objeto
entra en el rango. Anotar si hay o no
detección y de ser así especificar los
puntos y los valores en los que hubo
detección con valores significativos a la
salida, si los valores se extienden por
más de un metro de distancia,
especificar solo 10 valores.
4.1.2 Ubicar el objeto transparente
más delgado y repetir el paso anterior,
escribir las similitudes y diferencias
entre esta y la anterior detección.
4.1.3 Repetir los dos pasos anteriores
con los demás sensores fotoeléctricos
(réflex y autoréflex), incluso con el de
tipo laser. Anotar el comportamiento
que presentó cada sensor frente a los
dos objetos.
4.2Detección de objetos de colores.
Existen aplicaciones en las cuales se
requiere que el sensor detecte objetos

162. 162
de diferentes colores, es por esto que
en este punto se plantea que el
estudiante aproxime dos materiales del
mismo color, frente a un mismo sensor
fotoeléctrico y encuentre las diferencias
que existen y si estas diferencias son
significativas, tal que se puedan utilizar
en alguna aplicación con la confianza
del correcto funcionamiento.
4.2.1 Tomar un objeto de color de
color negro de los materiales dentro de
la caja y ubicarlo dentro del rango de
detección del sensor los cuatro
sensores fotoeléctricos y observar que
ocurre en cada uno de ellos.
4.2.2 Tomar ahora el material de color
blanco y repetir el paso anterior, hacer
una tabla comparativa en la que se
muestren los valores. Con los dos
objetos en los puntos evaluados para
cada sensor.
Tabla 1.
Distancia Valor de salida
objeto color
blanco
Valor de salida
objeto color
negro
¿Qué aplicaciones dentro de un
proceso daría a un sensor que permita
detección de colores?
4.3Detección en claro u oscuro.
En este punto se pretende que el
estudiante encuentre de manera
experimental los sensores de tipo
fotoeléctrico que permiten realizar este
tipo de acción.
4.3.1 Ubique delante del sensor
fotoeléctrico autoréflex un objeto de
cualquier color (puede utilizar los
valores correspondientes al objeto de
color blanco del punto anterior si tiene
los valores), y ubicarlo en tres puntos
dentro del rango registrando los valores
de tensión a la salida.
4.3.2 Apague la luz del recinto y
realice el paso anterior, observe las
diferencias que se encuentran entre los
resultados del paso anterior y anote las
diferencias en una tabla al igual que en
el punto anterior.
Tabla 2.
Distancia Valor de salida
ambiente claro
Valor de salida
ambiente oscuro
4.3.3 Desarrolle el punto anterior pero
invirtiendo la polaridad del sensor y
registre los valores de nuevo en la
tabla.
5. ANÁLISIS DEL SENSOR
FOTOELECTRICO TIPO LASER.
Cada grupo tomara un rango de 10 cm,
el cual será asignado por el profesor
encargado, de manera que se pueda
cubrir un rango de 1m.
5.1Medición de características
estáticas.
5.1.1 medición de sensibilidad.
La sensibilidad se puede determinar de
manera manual acercando el elemento
al sensor cada cierta unidad de

163. 163
distancia y revisar las variaciones que
se obtienen a la salida del respectivo
sensor.
5.1.1.1 Conectar el multimetro, en
manera de medición de corriente entre
la salida del sensor laser y el
visualizador.
Ubicar el objeto en unos de los límites
que se asignó y mover el objeto una
distancia de un milímetro como
máximo, o aún menor de ser posible de
manera pausada hasta que ocurra una
variación significativa en la salida (del
visualizador o del multimetro), hacer
esto en todo el rango asignado y
registrar los valores obtenidos calcular
el mínimo y máximo paso en el que
existió variación y anotar el valor
obtenido en el multimetro.
Denominar el mínimo valor de
sensibilidad como (x) y tenerlo en
cuenta para los siguientes pasos de la
guía.
5.1.2 medición de repetibilidad.
Exactitud, precisión, error.
5.1.2.1 Acercar un material de
color blanco al límite del rango
asignado y observar el valor obtenido
en el multimetro, mover el objeto una
distancia (x) por todo el rango y
registrar los valores. Hacer esto hasta
completar el rango asignado. Anotar los
valores en cada punto, y repetir este
paso 5 veces, en el mismo sentido que
se efectuó la primera vez.
5.1.2.2 Repetir el paso anterior en
un sentido diferente al que se tomó en
la medición anterior.
Tomar los valores, realizar cálculos
correspondientes.
5.1.3 Determinación de la histéresis.
5.1.3.1 Intercalar los dos pasos
anteriores es decir cuando se llegue al
final del rango en un sentido devolverse
y registrar los datos, realizar también
este paso unas cinco veces y hallar la
diferencia máxima en cada punto, la
cual se sabe de la práctica anterior que
es la histéresis
Teniendo ya los datos registrados del
paso anterior, realizar los cálculos para
obtener la precisión, error, repetibilidad,
con respecto al valor observado en el
visualizador. En base a los valores
calculados llenar la siguiente tabla:
Tabla 3
Error
Repetibilidad
Precision
Histéresis
5.1.4 Medición de linealidad.
A partir de la distancia detectada
desplazar de manera frontal al sensor
él objeto a detectar una distancia (x),
hasta completar el rango asignado y
registrar el valor obtenido para cada
una de estas distancias, con base a
estos datos calcular la curva que
relaciona la entrada con la salida.
Realizar este procedimiento 5 veces.
5.1.5 Medición de corriente de
alimentación.
5.1.5.1 Ponga el multimetro en
posición de medición de corriente
continua y conéctelo entre el borne
positivo de alimentación del sensor y el

164. 164
terminal positivo de la fuente de
alimentación, registrar que ocurre con
la corriente de alimentación cuando el
objeto se desplaza a lo largo del rango
a detectar.
5.1.5.2 Conectar ahora el
multimetro igual que en el caso anterior
en modo de medición de corriente
continua, pero esta vez entre el
visualizador y el sensor, y repetir el
paso anterior.
¿Si varia la corriente entre 4 y 20 mA?
6 CARACTERIZACIÓN DEL
SENSOR ULTRASÓNICO.
6.1Detección de objetos con el
sensor ultrasónico.
El sensor ultrasónico no distingue de
materiales, pero en algunos casos la
textura y la forma hace que la detección
arroje resultados erróneos. En esta
ocasión se quiere que el estudiante
experimente mediante el acercamiento
de diferentes materiales y encuentre si
el sensor ultrasónico puede o no
detectarlos.
Antes de empezar con esta primera
práctica se deben girar por completo en
sentido de las manecillas del reloj los
dos potenciómetros del sensor
ultrasónico.
6.1.1 Ubicar en tres puntos distintos
uno de los objetos sólidos de la caja de
materiales para el módulo (a 1m, 50 cm
y 30cm), y observar que ocurre a la
salida de este sensor, igual que en
caso de las guías anteriores, registrar
los valores obtenidos y comparar.
6.2Detección de objetos en forma
oblicua.
6.2.1 Girar horizontalmente el objeto
45°y repetir los dos pasos anteriores,
registrar los valores y comparar. Las
distancia de detección se mide con
respecto a la esquina del objeto que
apunta hacia el sensor.
6.3Variación de los límites inferior y
superior del rango mediante el
multimetro.
6.3.1 girar el potenciómetro de la
derecha en sentido de las agujas del
reloj y repetir el punto 6.1.1.
6.3.2 el otro potenciómetro en el
mismo sentido, y repetir el paso
anterior, observar que ocurre y anotar
las diferencias obtenidas.
6.3.3 Acercar un objeto de manera
paralela a la cara del sensor hasta
observar que se produce detección.
Anotar el valor de la posición en el cual
se efectuó dicha detección.
6.3.4 Devolver el potenciómetro mas a
la derecha a su posición inicial y repetir
el paso anterior.
6.3.5 Devolver el otro potenciómetro a
su posición inicial y observar que
ocurre, especificar en cada una de las
detecciones, a qué distancia se detecto
el objeto.
¿A qué se debe la detección de
objetos, más o menos cerca a lado y
lado del sensor?

165. 165
¿Qué relación se encontró en esta
prueba con respecto al alcance del
dispositivo?
6.4Determinación de los efectos del
tipo de material y de la posición.
6.4.1 Tomar el material de espuma
dentro de la caja y repetir el punto
6.1.1, observar que diferencias existen
en los valores detectados, y si existe o
no detección.
6.4.2 Tomar un trozo de tela de los
materiales dentro de la caja y repetir el
paso anterior, encontrar si se puede por
lo menos un punto en el que exista
detección.
6.4.3 Variar radialmente la cara del
objeto del punto 6.1.1en unos 30° y
observar si en los puntos ubicados a
1m a 50 cm y a 30 cm existe detección.
7 OBSERVACIONES Y
CONCLUSIONES.
8 REFERENCIAS
BIBLIOGRÁFICAS.
[1]. Allen Bradley. (Fundamentos del
sensado o detección de presencia).
Copyright 1999 Rocwell internacional.
Publicación FSM-900las. Enero 2000.
(manual de capacitación).
[2] Benavides L., Villamizar R.
Transductores de proximidad,
Universidad Industrial DE Santander.
2001. (trabajo de grado).
[3] Creus A. Instrumentación Industrial
6° ed. AlfaOmega (Boixerau editores)
Marcombo. España 1997.
[4] Mandado E., Marcos J., Fernández
C., Armesto J., Perez S. Autómatas
programables entorno y aplicaciones.
1ª ed. España: THOMSOM, 2006.
[5] SIEMENS AG 2008. Catalogo FS
10.2008.